Зольность угля

Уголь — сложнейшее органоминеральное образование, и по­этому обладает разнообразными свойствами. Это предопределяет возможность его использования практически во всех отраслях народного хозяйства — от элементарной печки до космических аппаратов.
Качество, по определению — это совокупность свойств продук­та, используемых для удовлетворения потребностей тех или иных отраслей народного хозяйства. А так как спектр использования углей огромен, то и перечень показателей качества также не мал.

Например, чтобы определить, годится ли уголь для коксования, рассматривается более 30 показателей. То же — для производства электродной продукции и т.д. Здесь рассмотрены показатели качества, учëт которых необходим при оценке использования угля в «малой» теплоэнергетике, т.е. на котельных и в быту.

Влажность угля (W)

Все угли содержат то или иное количество влаги. При этом в зависимости от ее состояния (приуроченности) различают влагу поверхностную (влагу смачивания). Это вода, находящаяся на поверхности кусков и зерен угля. Она легко удаляется путем про­сушивания на воздухе.
Оставшаяся (после удаления поверхностной) влага характе­ризует влагосодержание угля, свойственное его вещественному, петрографическому и марочному составу и обозначается как мак­симальная влагоемкость (Wmax).
Свободная влага на поверхности кусков и зерен угля, и влага, приуроченная к трещинам, пустотам и капиллярам (Wmax) в сумме определяют такое понятие, как влага внешняя (Wex).B лаборатории она определяется путем просушивания в сушильных шкафах: при температуре 40 С0 — для каменных углей и при 50 °С — для бурых.
Влага воздушно-сухого угля, или аналитическая (Wa), в основ­ном представлена адсорбционно-связанной водой. Определяется она посредством просушки при температуре 105-110 °С (при уско­ренном методе при 160 °С).

В сумме эти два вида влаги определяют понятие влага общая (Wt), или рабочая (Wrt). Содержание влаги (рабочей и аналитической) за­висит, прежде всего, от степени метаморфизма (марочного состава) угля. Влага в угле является не только балластом, она уменьшает его теплоту сгорания, т.к. требует дополнительных затрат тепла на своë испарение. Поэтому бытующая практика смачивания углей перед сжиганием, по сути, неверна. С другой стороны, смачивание уголь­ной пыли приводит к еë окомкованию и повышению проницаемо­сти для газов, выделяющихся при термической деструкции угля. Но этот прием применяется главным образом от безысходности — при использовании угля, не предназначенного для слоевого сжигания.
Повышенное содержание внешней влаги приводит также к по­вышенной слипаемости угольной мелочи, слеживаемости и смерзаемости угля.

Содержание золы (зольность А)

Зольность, или содержание минеральных (не горючих) примесей в угле, является основным показателем, определяющим качество. Минеральные примеси — это в основном нейтральный балласт, в меньшей степени — источник вредных химических элементов, влия­ющих на технологические характеристики угля, а в теплоэнергетике и на степень экологического загрязнения. Содержание минераль­ных примесей зависит только от условий торфонакопления, а зна­чит, может быть различным для углей разных марок.
Различают внутреннюю, связанную с органической частью угля, и внешнюю, слагающую породные прослои, золу. Содержа­ние первой, как правило, незначительное (не более 10%), но она практически не удаляется при обогащении. Внешняя зола, осо­бенно связанная с малоуглистыми породными прослоями, легко удаляется при всех видах обогащения.
В различных областях промышленности требования к зольно­сти существенно различаются. В теплоэнергетике используются бурые и каменные угли, в основном с Ad до 35%, при более высоком содержании золы они требуют специальных видов сжигания. Града­ций топлива по степени зольности достаточно много. Здесь наиболее приемлемой будет классификация, основанная на учете т. н. приведенной зольности — соотношения зольности (в %) к теплоте сгорания влажного беззольного угля (в Мдж/кг, 1 Мдж=239 ккал)

Таким образом, требования к зольности низкометаморфизованных, а значит малокалорийных углей (бурые, длиннопламенные), должны быть более жесткими, чем к зольности высокометаморфи- зованных (тощие, антрациты).
В практике используется, в основном, два показателя зольно­сти: отнесенные к абсолютно сухому топливу (Ad) и к рабочему его состоянию, т.е. при фактической его влажности (Аd).

Выход летучих веществ (Vdaf)

Органическая масса углей при термическом воздействии разлагается на две производные: летучие вещества и нелетучий остаток. В состав летучих входят первичный дëготь (в бурых углях), каменноугольная смола (в каменных) и газы: окись углерода, водород, метан, лëгкие углеводороды и их гомологи. Содержание летучих зависит от петрографического состава углей — витринитовые (бле­стящие) разности содержат их большее количество, чем фюзени- товые (матовые).
Данный показатель весьма важен, т.к. определяет особенности поведения угля в процессе его использования. Так, высокое содер­жание газообразной (летучей) составляющей в составе горючей массы угля определяет его высокую реакционную способность (т.е. воспламенение происходит при более низких температурах), превалирование конвективного типа передачи тепла над лучи­стым. Но вместе с тем угли с высоким выходом летучих веществ обладают более низкими показателями теплоты сгорания, терми­ческой стойкости. Они, как правило, характеризуются более высо­ким процентом химического недожога.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

УГЛИ КАМЕННЫЕ И АНТРАЦИТ

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБОГАТИМОСТИ

ГОСТ 10100-84
(СТ СЭВ 4386-83)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ
Москва

РАЗРАБОТАН Министерством угольной промышленности СССР ИСПОЛНИТЕЛИ

А. Ш. Кипнис, канд. техн. наук (руководитель темы); К. Г. Казаринова

ВНЕСЕН Министерством угольной промышленности СССР

Зам. министра Г. И. Нуждихин

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 27 сентября 1984 г. № 3396

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

УГЛИ КАМЕННЫЕ И АНТРАЦИТ Метод определения обогатимости Hard coals. Method for the determination of washability

ГОСТ 10100-84 (СТ СЭВ 4386-83) Взамен ГОСТ 10100-75

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 27 сентября 1984 г. № 3396 срок действия установлен

с 01.07.85

до 01.07.90

Несоблюдение стандарта преследуется по закону

Настоящий стандарт распространяется на каменные угли и антрацит (в дальнейшем уголь) и устанавливает метод определения их обогатимости при гравитационных способах обогащения.

Обогатимость углей характеризуется их способностью разделяться на составляющие компоненты по плотности: концентрат, промежуточный продукт и породу.

Метод заключается в определении обогатимости углей по результатам фракционного анализа.

Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 4386-83.

1.1. Отбор проб — по ГОСТ 10742-71.

2. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ

2.1. Отобранную пробу угля подвергают фракционному анализу по ГОСТ 4790-80.

2.2. По результатам фракционного анализа определяют обогатимость в соответствии с табл. 1.

Таблица 1

Наименование угля	Плотность фракций, кг/м3
	в концентрате	в промежуточном продукте	в породе
Каменный уголь	До 1500	Св. 1500 до 1800 включ.	Св. 1800
Антрацит	До 1800	Св. 1800 до 2000 включ.	Св. 2000

Примечание. При зольности фракции каменных углей (Аd) свыше 10 % и плотности до 1500 кг/м3 к концентрату относят фракции плотностью до 1400 кг/м3, а к промежуточному продукту — фракции плотностью свыше 1400 до 1800 кг/м3.

2.3. Зольность испытуемого угля определяют по ГОСТ 11022-75.

3. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

3.1. Показатель обогатимости (Т) в % вычисляют как отношение выхода промежуточных фракций к беспородной массе по формуле

где γ1 — выход фракций промежуточного продукта, %;

γ 2 — выход фракций породы, %.

Если к концентрату относят фракции плотностью до 1400 кг/м3, показатель обогатимости обозначают — Т1.

3.2. В зависимости от значения показателя обогатимости уголь делят на категории в соответствии с табл. 2.

Таблица 2

Показатель обогатимости (Т), %	Категория
До 5	1 (легкая)
Св. 5 до 10 включ.	2 (средняя)
Св. 10 до 15 включ.	3 (трудная)
Св. 15	4 (очень трудная)

3.3. Пример определения обогатимости угля приведен в справочном приложении.

ПРИЛОЖЕНИЕ Справочное

ПРИМЕР ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБОГАТИМОСТИ УГЛЯ

1. Данные фракционного анализа пробы каменного угля приведены в таблице.

Поскольку зольность всплывших фракций плотностью до 1500 кг/м3 равна 7,7, т. е. менее 10 %, то к концентрату относят фракции плотностью до 1500 кг/м3, а к промежуточному продукту — фракции плотностью св. 1500 до 1800 кг/м3.

Суммарный выход фракций плотностью свыше 1500 до 1800 кг/м3 составляет γ1 = 5,9 %.

Выход беспородной массы (фракций плотностью до 1800 кг/м3) составляет 100 — γ2= 100 — 16,8 = 83,2 %.

Показатель обогатимости по формуле, приведенной в п. 3.1, равен

В соответствии с табл. 2 уголь относят ко второй (средней) категории обогатимости.

Одной из ключевых характеристик качества угля наряду с влажностью и теплотворностью является зольность. Из чего складывается этот показатель и какими методами определяется?

Что такое зольность угля?

Зольность выражается в процентном содержании золы от общей массы угля, образующейся после его полного сгорания.

Этот показатель зависит от концентрации минеральных примесей угля и фактически демонстрирует степень его минерализации.

Количество и соотношение примесей, в свою очередь, зависит от условий формирования угольных залежей. По своему происхождению выделяют внутренние и внешние примеси минеральных веществ: первые накапливаются непосредственно во время образования угольных пластов, а вторые «добавляются» в уголь в процессе его добычи.

В угле содержится множество элементов и соединений: это могут быть силикаты натрия, калия, оксиды кремния, алюминия, железа, сульфиды, карбонаты кальция и магния и многие другие примеси.

Фото: ria.ru

На основе зольности угля разрабатываются способы оценки продуктивности углеобогащения, а также формируется стоимость угля, поскольку именно зольность показывает, насколько он пригоден для использования в качестве топлива.

Чем выше показатель зольности, тем ниже тепловой эффект от сгорания угля – главного показателя его качества.

Расчёт нормы зольности угля проводится в единых условиях по ГОСТу 11022-95. Согласно стандарту, для каждого вида угля разработаны правила определения показателя зольности.

Ниже приведены усреднённые значения зольности каменного, бурого, древесного угля, антрацита и длиннопламенного плитного крупного угля (ДПК).

Топливо	Зольность, %
Каменный уголь	10-40
Бурый уголь	7-45
Антрацит	15-25
Длиннопламенный плитный крупный уголь	8-9
Древесный уголь	1,2-4

Определение зольности угля

Зольность угля может определяться несколькими методами. Первый, стандартный способ подробно описан в ГОСТе 11022-95. Государственный стандарт распространяется на каменный и бурый уголь, брикеты, антрациты и горючие сланцы.

Оценка качества угля с определением зольности, влажности и теплотворности неизменно проводится в аналитических лабораториях.

Специалисты исследуют пробы угля в виде измельчённых и доведённых до воздушно-сухого состояния частиц. Аналитический образец взвешивают, тщательно перемешивают и сжигают в муфельной печи при высоких температурах нагрева – максимум до 1000°С.

Фото: sibgenco.online

После полного сгорания в печи образуется зольный остаток. Его прокаливают до постоянной массы, которая и демонстрирует количество золы. Процентное содержание золы в угле определяется отношением массы полученного неорганического остатка к массе самой аналитической пробы.

Затем показатель пересчитывают на характерный для абсолютно сухого и твёрдого угля параметр. Отметим, что для стандартного метода определения зольности ГОСТ допускает незначительные погрешности, которые возникают из-за разной конечной температуры в муфельной печи.

По стандарту, угольщики могут применять медленный либо ускоренный методы измерения зольности. Их главное отличие заключается в следующем: при медленном способе образцы угля загружаются в холодную муфельную печь, которая затем нагревается до нужной температуры, а при ускоренном методе их сжигают в предварительно разогретой печи.

Помимо стандартного метода, есть и так называемые инструментальные способы экспресс-определения зольности угля. Обычно они применяются в целях оперативного контроля этого качественного показателя.

Один из них – измерение зольности радиационным методом. Этот способ основан на определении параметров ионизирующего излучения после его взаимодействия с углём.

Для анализа радиационным методом используют специальные приборы – так называемые золомеры. Все анализаторы работают по схожему принципу: поток лучей направляется на образец, детектор «принимает» рассеянный или ослабленный поток, преобразуя его в электрический сигнал.

Величина сигнала пропорциональна интенсивности излучения, затем он усиливается и подаётся на вход измерительного блока.

Некоторые радиометрические приборы устанавливаются прямо на производственных площадках углеобогатительных фабрик, в том числе на конвейерных лентах для измерения показателя зольности в непрерывном режиме.

Читайте также: «Какое оборудование работает в современных лабораториях качества».

Теги:
• зольность
• качество угля