Выход летучих веществ угля на что влияет

Показатели качества угля

Каменный 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. Но в данной работе мы рассмотрим лишь те показатели качества, учёт 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 своё испарение. Поэтому бытующая практика смачивания углей перед сжиганием, по сути, неверна. С другой стороны, смачивание уголь­ной пыли приводит к её 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. Но примени­тельно к нашей работе 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)

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.

СОДЕРЖАНИЕ СЕРЫ (STD)

Сера в углях является вредной примесью. При использовании угля в металлургии сера переходит в металл, ухудшая его качество. При сжигании топлива сера образует сернистые соединения, кото­рые, реагируя в атмосфере с водяными парами, образуют серную кислоту, выпадающую т.н. кислотными дождями. Угли некоторых месторождений Иркутского бассейна харак­теризуются очень высоким, более 10%, содержанием серы, что делает их малопригодными для использования в теплоэнергетике.

Этот показатель наиболее важен для оценки потребительской ценности углей, особенно используемых в теплоэнергетике.

ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ (Q)

Различают теплоту сгорания высшую, пересчитанную на сухое беззольное состояние топлива (Q,daf). Этот показатель использует­ся для сопоставления и классификации углей. Низшая теплота сго­рания (Qr.) характеризует топливо в его естественном состоянии, т.е. при конкретных значениях влажности и зольности.

Источник

Добыча нефти и газа

нефть, газ, добыча нефти, бурение, переработка нефти

Угли выход летучих

Определение выхода летучих веществ. При нагревании без доступа воздуха уголь разлагается, выделяя при всем этом газо- и парообразные продукты, называемые летучими веществами.

Зависимо от температуры нагревания после удаления летучих веществ остается твердый остаток (королек), кокс или полукокс. Летучие вещества не содержатся в свободном виде в топливе, а образуются при нагревании, поэтому говорят не о содержании летучих, а об их выходе.

Выход летучих веществ зависит не только лишь от сорта топлива, да и от условий его нагревания (сухой перегонки угля). Выход летучих веществ и одновременно определяемая спекаемость являются общими показателями, по которым можно приближенно предугадать Свойства и состав угля.

Определение выхода летучих веществ является классическим методом анализа углей. Почти во всех существующих классификациях углей выход летучих является одним из основных показателей.

На рис. представлена зависимость давления распирания от выхода летучих веш,еств угля. Из рис. видна уже некоторая корреляция, но при выходе летучих веществ более 21—22% она ослабевает и становится более четкой при исключении неоднородных углей (о 0,20).

Для углей, выход летучих веществ которых находится в пределах 17—21%, корреляции совсем не наблюдается. Однако имеется возможность очертить зону, включающую неоднородные угли (кривая с прерывистой линией), дающие незначительное давление распирания. Это, очевидно, означает, что любой однородный уголь с выходом летучих веществ 19—24% не входит397

Кокс, получаемый по такой технологической схеме, имеет достаточно хорошие физико-механические свойства Так, использованный для первых опытных доменных плавок формованный кокс имел следуюш,ие показатели качества (на шихтовом дворе металлургического завода) М40 = 89,9 %, MIO = 6 %, содержание кусков крупностью 40—80 мм составляет 86 % При прокалке до 0 С в инертной атмосфере этот кокс не отделяет мелочи, не распадается на части, а, наоборот, становится плотнее и механически более прочным Пористость этого кокса зависимо от требований потребителя может регулироваться изменением процесса от 35 до 60 % при коксовании одного и такого же угля Выход летучих веществ из товарного формованного кокса составляет 1,6—2,5 %

Что такое коксуемость углей выход летучих

Разновидности углей Выход летучих веществ, % иа органическую массу Состав, % 337

После 9—10 месяцев хранения в штабелях разных донецких углей выход летучих вешеств из углей марки ОС увеличивается на 2—3%, марки Т — на 1,39%, в то время как для углей марки Ж он изменился в пределах 1,18—0,54% в общем изменение выхода летучих веществ относительно невелико.
Выход летучих веидеств и теплота сгорания в результате окисления углей изменяются по-разному зависимо от степени метаморфизма и от молекулярной структуры органической массы угля. Выход летучих веществ при длительном хранении47

Выход и качество химических продуктов коксования зависят от рада факторов степени метаморфизма, петрографического состава углей, выхода летучих веществ, влажности, температурного режима коксования и др.10

Обо.значение углей Выход летучих (пересчет по Парру), % Насыпной вес (пересчет на сухую массу), гг/лсз 306

Припек находится в зависимости от свойств угольной шихты (природа углей, выход летучих веществ) и текшературы коксования. Припек для углей Донбасса составляет 1,0-2,6% (Донбасс), а для углей Восточных районов России 1,5-3,0%.85

Антрацитовый штыб (АШ) представляет собой частицы угля размером до 13 мм, отсеиваемые на шахтах при получении рядового антрацита. При рассортировке сухого антрацита для углей класса АШ устанавливается размер кусков менее 3 мм.

Для каменных углей марок Д, Г и антрацита при поставке их электростанциям для сжигания в пылевидном состоянии, также при повышенной их влажности установлен класс с размером кусков менее 13 мм, условно обозначенный ДСШ, ГСШ и АСШ (семечко со штыбом). АШ имеет низкий из всех марок угля выход летучих, что затрудняет его воспламенение. Зола АШ состоит в главном из окиси кремния и алюминия. Незначительную часть золы составляют окись кальция, магния, калия и натрия.15

В ближайшее время значительное распространение получает международная классификация каменных углей. Она основана на трех весьма важных параметрах углей выходе летучих веществ, спекаемости и коксуемости.12

Разница в объеме анализа для каменных и бурых углей определяется различным значением для них выхода летучих Выход летучих у каменных углей может сильно колебаться здесь он вместе с характеристикой коксового остатка определяет марку их и содержание водорода у окисленных каменных углей характеристика коксового остатка, а часто и выход летучих меняются соответственно изменению теплотворной способности и влажности воздущно-сухой пробы У бурых углей выход летучих колеблет-

Что все-таки является причиной разрыва между практическим и расчетным выходом кокса, или припеком кокса, как его иногда неправильно называют За основу расчетов принята величина выхода летучих веществ при тигельном опробовании, которая отождествляется с практическим выходом кокса в печах. Однако известно, что выход летучих веществ находится в зависимости от скорости подъема температуры с ускорением нагрева угля выход летучих веществ повыщается, что соответствует снижению выхода кокса. Сравнивая скорость подъема температуры при тигельном коксовании (приблизительно 400—500 °С за минуту) и в коксовых печах (около 1 °С за минуту), можно видеть полное несоответствие этих процессов очевидно, в коксовых печах остаток кокса должен быть большим, чем при тигельном опробовании. Кроме того, с ростом выхода летучих веществ в шихте и повышением скорости коксования повышается образование графита из-за пиролиза углеводородов коксового газа.437

Замена классификаций по элементарному анализу на классификацию по двум параметрам — выходу летучих веществ по отнощению к горючей массе и физическим свойствам — показала, что результаты получаются достаточно сходящиеся угли также располагаются в ряд той же последовательности примерно, как и в классификации, построенной на элементарном анализе. Из рассмотрения большого количества промышленных классификаций разных стран видно, что выход летучих веществ является важнейшей характеристикой, которая вошла почти во все технические классификации каменных углей. К этому имеются основания, потому что химическая природа угля и его химический возраст сильно сказываются на выходе летучих веществ. По мере увеличения химического возраста углей выход летучих веществ непрерывно уменьшается.569

Добыча углей Черногорского месторождения выросла в 8 г. по сравнению с 0 г. с 1 до 2,9 млн. г. По качеству угл-и Минусинского бассейна приближаются к газовым и длиннопламенным углям. Выход летучих веществ на горючую массу 35—42%, толщина пластического слоя у = О—7 мм.

Тип угля Выход летучих веществ, и Цвет Чёрта Блеск Твердость (по шкале Мооса) Удельный вес20

Если угли состоят только или преимущественно из микрокомпонентов группы витринита, то изменение их свойств зависимо от степени их метаморфизма хорошо выражается выходом летучих веществ, пересчитанным на горючую массу с ростом степени метаморфизма углей выход летучих веществ из них уменьшается. На этом, а именно, основаны различные классификации углей, которые особенно применимы к углям кларенового типа, т. е. к углям с преобладающим содержанием витринита (например, угли Донецкого бассейна).8

Марка угля Технологическая группа угля Выход летучих, % Толщина пластическо-21

Топливо Марка угля Выход летучих на горючую массу Уд в7о Низшая калорийность на горючую массу в ккал/кг Коэфициент перевода в условное топливо Теплотворная способность рабочего топлива 0 в ккал/кг650

Марка угля Выход летучих веществ 0/ /0 Вспучиваемость по AFNOR Температура эатверле-вания, °С Международная дилатометрия (дилатацпя) Между- народная класси- фикация

Паттайский и Тайхмюллер 24, изучая связь между содержанием углерода в гумусовых углях и выходом летучих веществ, установили, что с повышением содержания углерода выход летучих веществ из углей уменьшается неодинаково на разных стадиях метаморфизма. Так, в бурых и малометаморфизованных каменных углях выход летучих веществ плохо согласуется с изменением содержания углерода. В данном случае степень метаморфизма углей четче характеризуется содержанием углерода, чем выходом летучих веществ.

По данным Сторча и сотрудников 11, с. 30, элементарная структурная формула угольного вещества состоит из тримеров индена, связанных эфирными мостиками. Они приводят ряд доказательств в пользу этой структуры, связанных с элементным составом угля, выходом летучих веществ, с механическими свойствами и пр. Однако и эту формулу необходимо отвергнуть, так как она не отвечает результатам, полученным при окислении угля и при его разложении металлическим натрием.

Исследования Е. А. Шапатиной показали, что главным фактором, определяющим разложение, а следовательно, потерю летучих угля в процессе высокоскоростного нагрева его, является не время пребывания, а температурное поле нагрева. На примере изучения процесса выделения летучих из пылевидного (размером — мкм) газового угля (выход летучих в исходном угле 38,8%) при быстром (за 0,45 с) нагреве его до различных температур в интервале 390—600° С с выдержкой при71

По мере нагрева частица подогревается, подсушивается, затем начинается возгонка топлива. Чем больше содержание летучих в топливе, тем интенсивнее происходит их выход. Выход летучих начинается при температурах тем более высоких, чем старее топливо.

Из бурых углей выход летучих начинается при температуре около °С, из газового угля— около °С, из ПЖ — около °С, из тощих углей — около 320°С, из антрацита — около 380°С Л. 46. Выход летучих лродолжается вплоть до температур порядка 800—1000°С.341

На коксуемость влияют петрографический состав, степень метаморфизма угля, выход летучих веществ, а также характер изменений при нагреве — переход в пчастическое состояние, степень вязкости и температурный интервал этого состояния, спекание, динамика газовыделения19

Образующиеся в процессе термической деструкции углей газо- и парообразные продукты претерпевают различные превращения, которые связаны как с процессом спекания, так и с процессом разложения при их эвакуации На пронес )азложения влияют технологический и теплотехнический режимы коксовання Зыход и качество химических продуктов коксования зависят от ряда факторов степени метаморфизма, петрографического состава углей, выхода летучих веществ, влажности, температурного режима коксования и др78

Бунте и Имгоф для характеристики пластических свойств и газовыделения испытали этим методом следующие германские угли 1) неснекающийся (слипающийся) уголь пз Верхней Силезии 2) невспучивающиеся спекающиеся угли из Саарского бассейна 3) саарский уголь, по свойствам занимающий промежуточное положение между первыми двумя углями 4—5) два вспучивающихся спекающихся угля один из Верхне Силезии, другой из месторождения Вурм. Для перечисленных пяти углей выход летучих веществ на горючую массу был соответственно равен 38,6 33,8 34,2 27,8 19,0%. Уголь 1-й показал максимальное давление при 420° лишь около 8 яш вод. ст. Для угля 2-го максимальное давление было равно около 1000 мм вод. ст. при 420°, как при навеске 10 г, так и 5 г. Максимальное давление для угля 3-го было равно 450 лш при 440° для угля 4-го—340 лш нри 480° и для угля 5-го—550 МЛ1 при 490°.

Известно, что уносы пылеугольных топок состоят из смеси горючих частичек и летучей золы. Содержание последней колеблется от 75 7о при сжигании антрацитов до 99,5% в случае сжигания бурых углей.

Как выяснилось, при таком небольшом содержании горючих в уносе невозможно добиться объективных результатов при анализе технического, элементарного и фракционного состава горючей части уноса. В табл.

2 приведен выход летучих веществ из уносов промышленных пыЛеуголь-ных топок, сжигающих различные марки углей, а также из проб назаровского бурого угля, отобранных по длине факела. Перед анализам уносы рассеивались на фракции.

Видно, чтo в уносах выход летучих веществ зачастую превышает таковой у исходного угля. Особенно высок выход летучих веществ в мелких фракциях.

В пробах из факела назаровского бурого угля выход летучих на горючую массу составил 65% при содержании горючих 50% и >100% во всех фракциях при содержании горючих 6,61%. Все это указывает на то, что зола в уносе не является абсолютно инертным материалом.

По-видимому, при анализах, связанных с высоким нагревом уноса, зола претерпевает целый ряд изменений, взаимодействуя с горючими остатками и газообразными продуктами их термического разложения. Наличие горючей части уноса создает восстановительную атмосферу. Окислы металлов, в одящие в состав летучей золы, частично или полностью могут восстанавливаться, реагируя с углеродом, а также с газообразными продуктами термического разложения горючей части уноса.82

Качество углей Тунгусского и Ленского бассейнов отличается большим разнообразием и представлено различными группами углефикации — от антрацитов до бурых углей. Выход летучих вепт ств из различных групп углей колеблется от 5 до 59% 25.

В распределении углей по площади бассейна установлена некоторая захономерность. Антрациты и графиты расположены на западе бассейна.

В средней его части по меридиану располагаются каменные угли со значительным выходом летучих вешеств, а на востоке встречаются преимушественно бурые угли. Отмечается, что по мере движения с востока на запад в углях уменьшается выход летучих веществ 25.

Установлено, что вместе с уменьшением содержапия углерода и водорода увеличивается в углях выход летучих- веществ, уменьшаются теплотворная способность, количество экстрагированных веществ и т. д. Изменение

При окислении восстановленных углей наблюдается у.менынение выхода летучих веществ у всех без исключения типов углей, т. е. процесс окисления восстановленных углей протекает в направлении усложнеьшя молекулы. Однако следует отметить, что у газового угля выход летучих веществ после оки сления становится меньше, чем у ис.ходного, у коксового меняется мало, а у тощего с пластическим слоем, равным нулю, он остается значительно выше выхода у исходного угля.

Правило Хильта в Иркутском бассейне не подтверждается с увеличением стратиграфической глубины залегания пластов угля выход летучих вещеспв не уменьшается, а, наоборот,. повышается одновременно увеличивается содержание в углях водорода и серы и соответственно уменьшается содержание углерода и кислооода.

Источник

Уголь: основная информация, характеристики. Сравнение и выбор угля.

Углём человечество пользуется очень давно. Но до сих пор не утихают споры какой уголь лучше.

Скажем сразу, не бывает «плохих» углей. Есть угли, которые подходят под Ваши условия эксплуатации, а есть которые не подходят, но это не значит что они плохие.

В нашем регионе для отопления используют угли марок 3Б (бурый, лигниты, низкого ранга), Д (длиннопламенный, суббитоминозный, низкого ранга) и Д (длиннопламенный, битоминозный, среднего ранга).

Давайте для начала разберёмся с этими понятиями.

Теплота сгорания топлива

Зольность

Твердое топливо содержит наибольшее количество негорючих минеральных примесей. Это прежде всего глина, силикаты, железный колчедан, но также могут входить закись железа, сульфаты, карбонаты и силикаты железа, оксиды различных металлов, хлориды, щелочи и т.д.

При сжигании топлива минеральные примеси претерпевают ряд реакций, в результате которых образуется твердый негорючий остаток, называемый золой.

Свойства золы играют большую роль в организации работы котла и топки. Ее частички, уносимые продуктами сгорания, при высоких скоростях истирают поверхности нагрева, а при малых скоростях отлагаются на них, что ведет к ухудшению теплопередачи.

Важным свойством золы является ее плавкость, различают тугоплавкую (выше 1425 °С), среднеплавкую (1200-1425 °С) и легкоплавкую (менее 1200 °С) золу. Зола, прошедшая стадию плавления и превратившаяся в спекшуюся или сплавленную массу, называется шлаком. Температурная характеристика плавкости золы имеет большое значение для обеспечения надежной работы топки и поверхностей котла, правильный выбор температуры газов около этих поверхностей позволит исключить шлакование.

Влага

Влага в топливе может быть внутренней и внешней. Внешняя влага содержится в капиллярах или удерживается на поверхности. С химическим возрастом количество капиллярной влаги сокращается. Поверхностной влаги тем больше, чем меньше куски топлива. Внутренняя влага входит в органическое вещество.

Содержание влаги в топливе снижает теплоту его сгорания, ведет к увеличению его расхода. При этом увеличиваются объемы продуктов сгорания, потери теплоты с уходящими газами и снижается КПД котла (печки). Повышенная влажность в зимнее время приводит к смерзанию угля, затруднениям при размоле и уменьшению сыпучести.

Выход летучих веществ

При нагревании твердого топлива без доступа воздуха под воздействием высокой температуры сначала выделяются водяные пары, а затем происходит термическое разложение молекул с выделением газообразных веществ, получивших название летучих веществ.

Выход летучих веществ может происходить в интервале температур от 160 до 1100 °С, но в среднем – в области температур 400-800 °С. Температура начала выхода летучих, количество и состав газообразных продуктов зависят от химического состава топлива. Чем топливо химически старше, тем меньше выход летучих и выше температура начала их выделения.

Характеристики некоторых «ходовых» углей.

Сравнение. Выбор угля.

Хранение угля

Согласно ГОСТ 51586-2000 срок хранения бурых углей (лигнитов), суббитоминозных (ISO 11760) до 6 месяцев, каменных (битоминозных, антрацитов) 6-18 месяцев.

Источник

ГОСТ 6382-2001 Топливо твердое минеральное. Методы определения выхода летучих веществ

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ТОПЛИВО ТВЕРДОЕ МИНЕРАЛЬНОЕ

Методы определения выхода летучих веществ

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ
ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ

Минск

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Техническим комитетом по стандартизации ТК 179 «Твердое минеральное топливо», Институтом горючих ископаемых, Институтом СибНИИуглеобогащение

ВНЕСЕН Госстандартом России

2 ПРИНЯТ Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол № 20 от 1 ноября 2001 г.)

За принятие проголосовали:

Наименование национального органа по стандартизации

Госстандарт Республики Беларусь

Госстандарт Республики Казахстан

3 Раздел 3 настоящего стандарта представляет собой идентичный текст международного стандарта ИСО 562-98 «Каменный уголь и кокс. Определение выхода летучих веществ», раздел 4.2 настоящего стандарта представляет собой идентичный текст международного стандарта ИСО 5071-1-97 «Бурые угли и лигниты. Определение выхода летучих веществ из аналитической пробы. Метод двух печей» с дополнительными требованиями, отражающими потребности экономики страны

4 Постановлением Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации и метрологии от 28 февраля 2002 г. № 82-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 6382-2001 (ИСО 562-98, ИСО 5071-1-97) введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта Российской Федерации с 1 января 2003 г.

5 ВЗАМЕН ГОСТ 6382-91

Содержание

1 Область применения

2 Нормативные ссылки

3 Метод определения выхода летучих веществ в каменных углях и коксах

4 Методы определения выхода летучих веществ в бурых углях

4.1 Определение выхода летучих веществ с предварительным брикетированием навески

4.2 Определение выхода летучих веществ в двух печах

Выход летучих веществ определяют как потерю массы навески твердого топлива за вычетом влаги при нагревании без доступа воздуха в стандартных условиях.

Результаты испытания являются относительными, поэтому для достижения воспроизводимости необходимо соблюдать постоянные скорость нагрева, конечную температуру и продолжительность нагрева. Для уменьшения окисления навески топлива при нагревании доступ кислорода к пробе должен быть ограничен. Это достигается применением тиглей с пришлифованными или притертыми крышками, допускающими свободное удаление летучих веществ, но препятствующими проникновению кислорода.

Потеря массы навески топлива при нагревании обусловлена также разложением минеральных веществ, входящих в состав топлива.

Аппаратура и метод испытания позволяют проводить в муфельной печи одно или несколько определений одновременно.

При испытании бурых углей и лигнитов возможно бурное выделение летучих веществ, сопровождающееся выбросом частиц твердого вещества из тигля, что искажает результат определения. Для снижения до минимума вероятности уноса частиц из тигля в процессе нагрева предусмотрены специальные способы: брикетирование навески, нагрев в двух печах.

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ТОПЛИВО ТВЕРДОЕ МИНЕРАЛЬНОЕ

Методы определения выхода летучих веществ

Solid mineral fuel. Methods for determination of volatile matter yield

Дата введения 2003-01-01

1 Область применения

Для определения выхода летучих веществ в бурых углях настоящий стандарт устанавливает два альтернативных метода, отличающихся способом, снижающим до минимума вероятность выброса твердого вещества из тигля в процессе нагрева: с предварительным брикетированием навески и нагрев в двух печах.

Дополнительные требования, отражающие потребности экономики страны, выделены курсивом.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 450-77 Кальций хлористый технический. Технические условия

ГОСТ 1186-87 Угли каменные. Метод определения пластометрических показателей

ГОСТ 3044-94* Преобразователи термоэлектрические. Номинальные статические характеристики преобразования

ГОСТ 4204-77 Кислота серная. Технические условия

ГОСТ 4790-80 Топливо твердое. Метод фракционного анализа

ГОСТ 5582-75 Прокат тонколистовой коррозионно-стойкий, жаростойкий и жаропрочный. Технические условия

ГОСТ 5955-75 Реактивы. Бензол. Технические условия

ГОСТ 9147-80 Посуда и оборудование лабораторные фарфоровые. Технические условия

ГОСТ 9293-74 (ИСО 2435-73) Азот газообразный и жидкий. Технические условия

ГОСТ 10742-71 Угли бурые, каменные, антрацит, горючие сланцы и угольные брикеты. Методы отбора и подготовки проб для лабораторных испытаний

ГОСТ 11014-2001 Угли бурые, каменные, антрацит и горючие сланцы. Ускоренные методы определения влаги

ГОСТ 13455-91 (ИСО 925-80) Топливо твердое минеральное. Методы определения диоксида углерода карбонатов

ГОСТ 14198-78 Циклогексан технический. Технические условия

ГОСТ 23083-78 Кокс каменноугольный, пековый и термоантрацит. Методы отбора и подготовки проб для испытаний

ГОСТ 25336-82 Посуда и оборудование лабораторные стеклянные. Типы, основные параметры и размеры

ГОСТ 27313-95 (ИСО 1170-77) Топливо твердое минеральное. Обозначение показателей качества и формулы пересчета результатов анализа для различных состояний топлива

ГОСТ 27314-91 (ИСО 589-81) Топливо твердое минеральное. Методы определения влаги

ГОСТ 27589-91 (ИСО 687- 74) Кокс. Метод определения влаги в аналитической пробе

* В Российской Федерации действует ГОСТ Р 8.585-2001.

3 Метод определения выхода летучих веществ в каменных углях и коксах

3.1 Сущность метода

Навеску пробы нагревают без доступа воздуха при температуре 900 °С в течение 7 мин. Выход летучих веществ в процентах рассчитывают по потере массы навески за вычетом потери массы, обусловленной влажностью пробы.

3.2.1 Осушающие вещества для эксикатора:

— кислота серная по ГОСТ 4204 ;

— кальций хлористый по ГОСТ 450;

— оксид алюминия активированный;

— перхлорат магния (ангидрон).

3.2.2 Циклогексан по ГОСТ 14198 или бензол по ГОСТ 5955.

3.3.1 Муфельная печь с электрообогревом и зоной постоянной температуры (900 ± 5) °С. Используют муфель с глухой задней стенкой или отводной трубкой на задней стенке диаметром 25 мм и длиной 150 мм (рисунок 1).

Тепловая мощность муфельной печи должна быть такой, чтобы после внесения в печь холодной подставки с тиглями температура в печи, равная 900 °С, восстанавливалась не более чем за 4 мин. Температуру измеряют с помощью термопары ( 3.3.2).

В муфельной печи обычной конструкции (рисунок 1) при проведении одновременно нескольких определений на одной подставке зона постоянной температуры должна быть не менее 160×100 мм. Для одного определения на индивидуальной подставке диаметр зоны с постоянной температурой составляет 40 мм.

Температуру 900 °С в печи следует поддерживать как можно точнее. Допускаемое отклонение ±5 °С включает возможные ошибки измерения температуры и неоднородность ее распределения.

Подставку с тиглями помещают в зону постоянной температуры печи, и это положение используют при проведении всех определений.

Температуру в печи контролируют незачехленной термопарой из проволоки толщиной не более 1 мм. Спай термопары должен быть посередине между дном тигля, находящегося на подставке, и подом печи. Если используют подставку с несколькими тиглями, температуру проверяют под каждым тиглем. Допускается проверять температуру над тиглями на одном и том же уровне в зоне устойчивого нагрева печи.

При необходимости в печи может быть постоянно установлена зачехленная термопара, причем ее спай помещают как можно ближе к центру зоны с постоянной температурой.

Показания зачехленной термопары необходимо через короткие интервалы времени сравнивать с показаниями незачехленной термопары, которую вносят в печь при необходимости.

3.3.3 Тигель с крышкой

Цилиндрический тигель с хорошо подогнанной крышкой изготовлен из плавленного кварцевого стекла. Масса тигля с крышкой должна быть от 10 до 14 г, размеры указаны на рисунке 2. Крышка должна плотно прилегать к тиглю, горизонтальный зазор между ними должен быть не более 0,5 мм. Подобранную крышку пришлифовывают к тиглю, делая соприкасающиеся поверхности гладкими.

( Поправка. ИУС 11-2003)

Допускается использовать тигли из другого огнеупорного материала или платины, если получаемые при этом результаты совпадают с результатами, полученными при использовании кварцевых тиглей в пределах допускаемых расхождений.

Допускается использовать фарфоровые тигли № 3 высокой формы с крышками по ГОСТ 9147. Крышки должны быть подогнаны и тщательно притерты, причем притирку крышек к фарфоровым тиглям производят механически вращением до образования желобка на внутренней поверхности крышки.

Тигли с подобранной и притертой крышкой должны быть одинаково маркированы, прокалены при температуре (900±5) °С до постоянной массы и храниться в эксикаторе с осушающим веществом.

3.3.4 Подставка, на которой тигли помещают в муфельную печь, позволяет соблюдать установленную скорость нагрева. Допускается применять следующие подставки:

б) для проведения одновременно нескольких определений (двух, четырех или шести) – каркас из термостойкой стальной проволоки с керамическими пластинами толщиной 2 мм, на которые ставят тигли (рисунок 3 б), или подставка из листовой жаропрочной стали по ГОСТ 5582 (рисунок 4), обычно на шесть тиглей.

Размеры подставки должны обеспечивать возможность размещения тиглей в зоне устойчивой температуры печи, а также расстояние 20 мм между дном тигля и подом печи.

3.3.5 Весы с погрешностью взвешивания не более 0,1 мг.

Допускается применять весы с погрешностью взвешивания не более 0,2 мг.

3.3.7 Эксикатор по ГОСТ 25336 с осушающим веществом ( 3.2.1).

3.4 Подготовка пробы

Для определения выхода летучих веществ используют аналитическую пробу, измельченную до прохождения частиц через сито размером отверстий 212 мкм. Пробу доводят до воздушно-сухого состояния, разложив тонким слоем на время, необходимое для установления приблизительного равновесия между влажностью угля и окружающей атмосферы.

Одновременно с определением выхода летучих веществ из другой навески пробы определяют массовую долю влаги по ГОСТ 27314, ГОСТ 11014 или ГОСТ 27589.

Перед началом определения воздушно-сухую пробу тщательно перемешивают.

3.4.2 Если определение выхода летучих веществ в каменных углях и антрацитах проводят с целью классификации, зольность их должна быть не более 10 %. Если зольность пробы превышает 10 %, пробу обогащают в органических или неорганических жидкостях в соответствии с ГОСТ 1186 и ГОСТ 4790.

3.5 Проведение испытания

3.5.1 Контроль за температурой в муфельной печи

В муфельной печи устанавливают температуру (900 ± 5) °С с помощью постоянно установленной зачехленной термопары. В зону постоянной температуры печи помещают подставку, заполненную пустыми тиглями с крышками. Проверяют температуру под каждым тиглем на одной и той же высоте с помощью незачехленной термопары. Найденные значения должны находиться в пределах допустимых отклонений от температуры рабочей зоны.

Допускается помещать спай незачехленной термопары на одной и той же высоте над тиглями в пределах зоны устойчивого нагрева.

3.5.2 Подготовка к испытанию

3.5.2.1 Пустые тигли закрывают крышками, устанавливают на подставку, заполняя все гнезда, и быстро помещают в зону устойчивой температуры муфельной печи, нагретой до (900 ± 5) °С.

Тигли выдерживают в закрытой печи в течение 7 мин. Температура, понизившаяся при установке тиглей в печь, снова должна достичь (900 ± 5) °С не более чем за 4 мин.

Вынимают подставку с тиглями из печи, охлаждают на металлической или асбестовой пластине в течение 5 мин, не снимая крышек, после чего тигли помещают в эксикатор и охлаждают до комнатной температуры вблизи весов.

После охлаждения пустые тигли с крышками взвешивают.

3.5.2.2 В тигель помещают пробу массой (1 ± 0,01) г, закрывают тигель крышкой и взвешивают с точностью до 0,1 или 0,2 мг. Навеску распределяют по дну тигля ровным слоем, слегка постукивая тиглем о чистую сухую поверхность.

3.5.2.3 При анализе кокса снимают крышку с тигля, добавляют к навеске 2-4 капли циклогексана и снова закрывают тигель крышкой. Допускается вместо циклогексана использовать бензол ( 3.2.2).

3.5.3 Определение выхода летучих веществ

3.5.3.1 Тигли с навесками, закрытые крышками, помещают в гнезда холодной подставки, переносят в муфельную печь, закрывают дверцу печи и оставляют на 7 мин ±5 с.

Температура, понизившаяся при установке тиглей в печь, снова должна достичь (900 ± 5) ºС не более чем за 4 мин. В противном случае испытание повторяют.

Вынимают подставку с тиглями из печи и охлаждают на металлической или асбестовой пластине в течение 5 мин. После этого тигли, закрытые крышками, помещают в эксикатор и охлаждают до комнатной температуры вблизи весов.

После охлаждения тигли с нелетучим остатком взвешивают.

3.5.3.2 После испытания тигли освобождают от нелетучего остатка. Открытые тигли с крышками прокаливают в муфельной печи, охлаждают, освобождают от зольного остатка и хранят в эксикаторе с осушающим веществом.

3.5.3.3 Допускается исключить обязательное прокаливание пустых тиглей непосредственно перед каждым взятием навески ( 3.5.2.1). Хранение предварительно прокаленных тиглей ( 3.3.3) в эксикаторе с осушающим веществом и уточнение массы тигля непосредственно перед взятием навески являются достаточными условиями для получения результатов в пределах допускаемых расхождений ( 3.7).

Примечания

1 Выход летучих веществ пробы определяют параллельно в двух навесках. Навески одной и той же пробы не рекомендуется испытывать на одной подставке.

2 Все свободные места на подставке заполняют пустыми тиглями.

3 Одинаковая процедура прокаливания тиглей до и во время испытания сводит к минимуму влияние влаги, поглощаемой поверхностью тигля, а быстрое охлаждение тигля уменьшает возможность поглощения влаги нелетучим остатком. Эти процедуры являются желательными, но не обязательными для достижения результатов в пределах допускаемых расхождений (3.5.3.3).

3.5.4 Характеристика нелетучего остатка

Нелетучие остатки, полученные после определения выхода летучих веществ (кроме кокса), характеризуют в зависимости от внешнего вида и прочности следующим образом:

3.6 Обработка результатов

или .

3.6.3 Если массовая доля диоксида углерода из карбонатов в пробе топлива составляет более 2 %, выход летучих веществ с поправкой на диоксид углерода из карбонатов , %, вычисляют по формуле

— массовая доля диоксида углерода из карбонатов в нелетучем остатке, определяемая по ГОСТ 13455, %.

3.6.4 Результаты испытания вычисляют с точностью до второго десятичного знака, а окончательный результат округляют до первого десятичного знака.

3.6.5 Перерасчет результатов анализа на другие состояния топлива производят по ГОСТ 27313.

3.7 Точность метода

Точность метода приведена в таблице 1.

Таблица 1

Максимально допустимое расхождение между результатами (пересчитанными на одинаковую массовую долю влаги)

Каменные угли антрациты, сланцы горючие с выходом летучих веществ не менее 10 %

Каменные угли антрациты, сланцы горючие с выходом летучих веществ более 10 %

3 % среднего результата

0,5 % абс. или 4 % большего результата

Разность результатов двух определений (проведенных в течение короткого промежутка времени, но не одновременно), выполненных в одной лаборатории одним исполнителем с использованием одной и той же аппаратуры из представительных навесок одной и той же аналитической пробы, не должна превышать указанную в таблице 1.

Разность средних значений результатов двух определений, выполненных в двух разных лабораториях из представительных порций, отобранных из одной и той же пробы для общего анализа, не должна превышать указанную в таблице 1.

3.7.3 Если расхождение между результатами двух определений больше значения, приведенного в таблице 1, проводят третье определение. За результат испытания принимают среднее арифметическое результатов двух определений, находящихся в пределах допускаемых расхождений.

Если результат третьего определения находится в пределах допускаемых расхождений по отношению к каждому из двух предыдущих результатов, за результат испытаний принимают среднее арифметическое результатов трех определений.

3.8 Протокол испытаний

Протокол испытаний должен содержать следующие данные:

— характеристику испытуемой пробы;

— метод определения (обозначение настоящего стандарта);

— дату проведения испытания;

— результаты определения, в пересчете на воздушно-сухое состояние пробы, одновременно с результатами определения массовой доли влаги и зольности, также в пересчете на воздушно-сухое состояние пробы;

— особенности, замеченные при проведении анализа;

— любые операции, не предусмотренные настоящим стандартом, или необязательные.

4 Методы определения выхода летучих веществ в бурых углях

4.1 Определение выхода летучих веществ с предварительным брикетированием навески

4.1.1 Сущность метода

Навеску воздушно-сухой пробы брикетируют. Брикет нагревают без доступа воздуха при 900 ºС в течение 7 мин. Выход летучих веществ в процентах рассчитывают по потере массы брикета за вычетом потери массы, обусловленной влажностью пробы.

4.1.2.1 Осушающие вещества для эксикатора по 3.2.1.

4.1.3.1 Муфельная печь по 3.3.1.

4.1.3.2 Термопара по 3.3.2.

4.1.3.3 Тигель с крышкой по 3.3.3.

4.1.3.4 Подставка по 3.3.4.

4.1.3.6 Секундомер по 3.3.6.

4.1.3.7 Эксикатор по 3.3.7.

4.1.3.8 Пресс лабораторный ручной с диаметром матрицы не более 15 мм.

Пробу, доведенную до воздушно-сухого состояния, брикетируют. Для этого навеску угля массой 1 г помещают в матрицу лабораторного пресса (4.1.3.8), поворотом рукоятки опускают пуансон и нажимают на уголь до образования брикета. Полученный брикет вынимают из пресса.

4.1.5 Проведение испытания

В тигель помещают брикет массой (1 ± 0,01) г, закрывают тигель крышкой и взвешивают.

4.2 Определение выхода летучих веществ в двух печах

4.2.1 Сущность метода

Навеску пробы нагревают без доступа воздуха при температуре 400 °С в течение 7 мин, затем быстро переносят в другую печь, нагретую до температуры 900 °С, где выдерживают в течение следующих 7 мин. Выход летучих веществ в процентах рассчитывают по потере массы сухой навески или по потере массы навески воздушно-сухой пробы за вычетом влаги.

4.2.2.1 Осушающие вещества для эксикатора по 3.2.1.

4.2.2.2 Азот сухой по ГОСТ 9293 с максимальной объемной долей кислорода до 0,4 %.

4.2.3.3 Сушильный шкаф с терморегулятором, обеспечивающим температуру от 105 до 110 °С, и установкой для пропускания потока сухого азота, свободного от кислорода, со скоростью, обеспечивающей 15-кратный обмен газа в час. Размеры сушильного шкафа должны быть пригодными для размещения в нем тигля (4.2.3.5).

4.2.3.4 Термопара по 3.3.2.

4.2.3.5 Тигель с крышкой по 3.3.3.

4.2.3.6 Подставка по 3.3.4.

4.2.3.8 Секундомер по 3.3.6.

4.2.3.9 Эксикатор по 3.3.7.

4.2.5 Проведение испытания

Во второй муфельной печи устанавливают температуру (400 ± 10) °С и контролируют ее так же, как в печи с температурой (900 ± 5) °С.

4.2.5.3 Испытание с предварительным высушиванием пробы в сушильном шкафу

Тигель с навеской и сдвинутой крышкой помещают в сушильный шкаф (4.2.3.3), в котором поддерживают температуру от 105 до 110 °С. Высушивают навеску до постоянной массы, как при определении влаги по ГОСТ 27313. Массу тигля с крышкой и высушенной пробой записывают с точностью до 0,1 или 0,2 мг.

Тигель (тигли) с сухой пробой, закрытый крышкой, помещают на подставку ( примечание 2 к 3.5), переносят в муфельную печь, нагретую до 400 °С, и оставляют на 7 мин. После этого сразу же переносят подставку с тиглем (тиглями) в муфельную печь, нагретую до 900 °С, на следующие 7 мин. Вынимают подставку с тиглем (тиглями) из печи и охлаждают на металлической или асбестовой пластине в течение 5 мин. После этого тигли, не снимая крышек, помещают в эксикатор и охлаждают до комнатной температуры вблизи весов. Остывшие тигли с нелетучим остатком взвешивают.

После испытания тигли освобождают от нелетучего остатка ( 3.5.3.2 и 3.5.3.3).

4.2.5.4 Испытание аналитической (воздушно-сухой) пробы

После испытания тигли освобождают от нелетучего остатка ( 3.5.3.2 и 3.5.3.3).

4.2.6 Обработка результатов

4.2.7 Точность метода

Точность метода приведена в таблице 2.

Таблица 2

Наименование угля

Максимально допустимое расхождение между результатами (пересчитанными на одинаковую массовую долю влаги)

4.2.7.1 Сходимость (см. 3.7.1 и 3.7.3).

4.2.7.2 Воспроизводимость (см. 3.7.2).

4.2.8 Протокол испытаний (см. 3.8).

Ключевые слова : твердое минеральное топливо, каменный уголь, бурый уголь, антрацит, горючие сланцы, кокс, метод определения, выход летучих веществ

Источник