методы контроля и анализа качества углей

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ И АНАЛИЗА КАЧЕСТВА УГЛЕЙ
Р.К. Ниязбекова, Л.А. Байбосынова
Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Астана
Важным направлением перспективного развития угольной промышленности
Республики Казахстан является улучшение потребительских свойств углей. Рост цен
на источники энергии, как нефть и природный газ, заставляет искать новые методы
повышения качества и эффективного использования угля, который в перспективе
останется
основным
наиболее
надежным
стратегическим
видом
топлива,
обеспечивающим развитие электроэнергетики в Казахстане [1].
Расположенная в восточной части промышленного участка Карагандинского
бассейна шахта имени И.А. Костенко — крупнейшее угледобывающее предприятие
угольного
департамента
углехимической
компании
лаборатории
шахты
АО
«АрселорМиттал Темиртау».
определяются
такие
В
технические
характеристики угля как: теплота сгорания, влажность, зольность, наличие летучих
веществ и серы, спекаемость, механическая прочность и размеры кусков. Так как
плавкость золы имеет большое значение для экономичного сжигания угля,
представляется необходимым определение плавкости золы в лаборатории шахты.
Например, в металлургическом комбинате, где также используется уголь этой
шахты, жидкий шлак заливает колосники и тем самым затрудняет или вовсе
прекращает доступ воздуха в слой топлива, что ухудшает или приостанавливает
процесс горения. Плавкость золы вызывает также опасность налипания выносимых
из топки мелких размягченных или расплавленных частиц ее на относительно
холодных трубах поверхности нагрева котла. Это явление приводит к шлакованию
поверхностей нагрева, ухудшающему теплообмен и условия движения газов, что
вызывает в крайних случаях остановку котлоагрегата.
По плавкости золы
позразделяются на легкоплавкие (менее 1200ºС), среднеплавкие (1200-1350ºС),
тугоплавкие (1350-1500ºС), и неплавкие (более 1500ºС). Химические состав золы
при сгорании углей, горючих сланцев и торфа (SiO2 10-65%, Al2О3 10-40%, CaO 0,545%, MgO 0,2-6%, Na2О 1-10%, К2О 1,5-3%) зависит от условий образования
данного топлива, технологии его сжигания и других факторов.
Для проведения испытания по определению плавкости золы в центральной
углехимической лаборатории рекомендуется применять СТ РК ИСО 540 – 2011
«Антрацит и кокс. Определение плавкости золы» [2]. По результатам сравнительных
анализов было выявлено, что стандарт ГОСТ 2057-94 не полностью соответствует
международным требованиям в отличие от стандарта СТ РК ИСО 540 – 2011,
который идентичен международному стандарту ISO 540:2008 Hard coal and coke.
Determination of ash fusibility (Антрацит и кокс. Определение плавкости золы) [3,4].
Проведение испытаний с применением этого стандарта позволит обеспечить
качество испытаний по определению температуры плавкости угольной золы и золы
кокса в
лаборатории,
выбрать эффективный и безопасный способ сжигания
топлива, создать условия для продвижения карагандинского угля на международные
рынки. В стандарте
аппаратуры
и
приводится порядок проведения испытания, необходимые
реактивы,
содержатся
требования
к
условию
испытаний,
испытательному оборудованию, к калибровке средств испытаний, отбору и
приготовлению
образцов
для
характеристика
точности
метода.
испытательного
образца
при
испытания,
Суть
протоколу
метода
стандартных
испытаний,
испытания
условиях
и
под
в
дается
нагревании
непрерывным
наблюдением. Регистрируют температуры, при которых происходят характерные
изменения формы: температура деформации, температура образования сферы,
температура образования полусферы, температура растекания. Плавкостные
характеристики золы зависят также от состава среды. Определение плавкости
проводится в восстановительной атмосфере, дополнительную информацию можно
получить,
проводя
последующее
определение
плавкости
в
окислительной
атмосфере. Общеизвестно, что в восстановительной среде температуры плавления
золы обычно ниже, чем в окислительной. Восстановительную атмосферу получают,
вводя в печь одну из следующих смесей газов при минимальной линейной скорости
потока за испытательным образцом 400 мм/мин, рассчитанной при комнатной
температуре. Эта скорость не является критической при условии, что она
достаточна для предотвращения любого просачивания воздуха в печь. Для
получения восстановительной атмосферы на 55%-65% по объему монооксид
углерода добавляется 35%-45% по объему диоксид углерода или на 45%-55 % по
объему водорода добавляется 45%-55% по объему диоксид углерода. Если смесь
CO/CO2
используется для создания восстановительной атмосферы, то составы
должны быть полностью перемешаны в соответствии с инструкциями изготовителя
и
температура
баллона
сохраняется
при
температуре
выше
критической
температуры, при которой CO2 может превращаться в жидкость и разделяться.
Золы богатые оксидом железа могут вступать в реакцию с любым кислородом,
присутствующим в печи, что ведет к плохой повторяемости и воспроизводимости
характерных температур. Окислительная
атмосфера получается из воздуха или
двуокиси углерода, скорость потока не имеет значения. При использовании
восстановительных атмосфер, указанных выше,
содержат часть монооксида
газы, выделяющиеся из печи,
углерода. Поэтому важно убедиться, что эти газы
выводятся в окружающую атмосферу, желательно с помощью вытяжного колпака
или эффективной вентиляционной системы. Если в качестве восстановительной
атмосферы
используется
водород,
необходимо
предпринять
особые
меры
предосторожности для предотвращения взрыва, продувая печь двуокисью углерода,
как до введения водорода, так и после выключения подачи водорода.
Для проведения испытания по определению плавкости золы необходимо
оснащение лаборатории печью с электрическим нагревом, которая достигает 1500
°C или выше, пирометром, состоящим из термопары платина/платина-родий,
формой для приготовления испытательного образца, расходомерами и оптическим
прибором, позволяющим наблюдать за профилем испытательного образца в
процессе
определения.
Золу
рекомендуется
готовить
согласно
методу,
установленному в ISO 1171 [5]. Для достоверности результатов испытаний
необходимо регулярно проверять пирометр при стандартных условиях испытания
путем наблюдения температуры плавления золота и при возможности температуры
плавления палладия. Проводят испытание восстановительной атмосферы по
температуре плавления никеля. Если наблюдаемые температуры плавления золота
или палладия отличаются более чем на 10 °C от точек плавления, проводят
повторную настройку или повторную калибровку. Альтернативой наблюдениям за
температурами плавления золота и палладия является проверка пирометра с
помощью
термопары,
лаборатории,
или
сертифицированной
калибровка
в
сопоставимая
признанной
со
метрологической
стандартной
поверочной
лабораторией. Если наблюдаемая температура плавления никеля отличается более
чем на 10 °C от точки плавления, это может быть связано с окислением никеля,
вызванным недостатком восстановительной атмосферы. Анализируют аппаратуру
на утечку, регулируют расход и качество газов, и повторно проверяют температуру
плавления никеля.
Определение плавкости золы по стандарту, который описывает международные
требования, и постоянный контроль метрологического состояния оборудования
обеспечит качество испытаний в лаборатории, что позволит повысить качество
топлива
на
всех
стадиях
жизненного
цикла
продукции,
снизить
риски
несоответствия продукции, обеспечение гарантии правильного выбора сжигания
топлива.
Плавкость золы, зависящая от ее состава, является важной характеристикой, с
которой необходимо считаться при выборе способа сжигания данного топлива.
Достоверное определение плавкости золы являются гарантией качества и
безопасности продукции.
1.
Студенцов В.В., Клец А.Н. «Горно-металлургический комплекс Республики
Казахстан. Анализ. Запасы. Технологии», Алматы, 1997г.
2. СТ РК ИСО 540 – 2011 «Антрацит и кокс. Определение плавкости золы».
3. ГОСТ 2057-94 Топливо твердое минеральное. Методы определения плавкости
золы.
4. ISO 540:2008 Hard coal and coke. Determination of ash fusibility (Антрацит и кокс.
Определение плавкости золы)
5. ISO 1171-2010 Solid mineral fuels. Methods for determination of ash. (Топливо
минеральное твердое. Определение содержания золы).