Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...

Реферат на тему:

Технический анализ угля

Для характеристики технологических свойств ископаемого твердого топлива разработан комплекс методов исследования, объединенный сроком технический анализ.

Поскольку ископаемый уголь применялось сначала только как топливо, технический анализ ограничивался определением горючей и негорючей составляющей. К негорючей части угля относят влагу (обозначается W, от немецкого Wasser и английского Water) и неорганические или минеральные вещества (М).

Для характеристики угля по количеству минеральных веществ в вугиллит чаще всего пользуются показателем зольности (А, от немецкого Ashe и английского Ash), что определяется по остатку, который образуется после полного сгорания навески угля.

Позже, в основном для нужд коксохимической промышленности введены еще три показателя:

а) выход летучих веществ (V), образующиеся при нагревании угля до 850-1000 0С без доступа воздуха;

б) выход и количественная характеристика твердого нелетучего остатка (К или NV), образующийся при определении выхода летучих веществ;

в) общее содержание сернистых соединений (условно перечисленных на элементную серу), входящих в состав органических и минеральных веществ угля, (St).

Поскольку эти показатели той или иной степени связаны с природой, степенью углефикации и составом различных видов ТГК, то они не только практическое, но и теоретическое значение.

Влага

Содержание влаги в ТГК связан как с генетическими факторами торфо - и углеобразования и условиям залегания ископаемого угля в недрах, так и со способами их добычи, хранения и переработки.

Вся влага, содержащаяся в ТГК, находящихся в естественных условиях залегания, называется естественной (Wпр). Влагу, содержащуюся в добытому угле, назван общей влагой (Wt) или общей рабочей влажной (Wrt).

При хранении угля на открытом воздухе часть влаги теряется за счет испарения. Влага, выделилася при этом называется внешней (Wex), а оставшаяся в угле гигроскопической (Wh).

Внутренняя или гигроскопическая влага называется также влажной адсорбционной, лабораторной или влажной аналитической пробы (Wa). Аналитической называется проба угля, отобранная и подготовленная для анализа в соответствии с требованиями стандартов с размером зерен менее 0,2 мм.

Ископаемое угля, из которого удалена внешняя влага называют воздушно сухими, а если удалена и внутренняя влага, то уголь называют абсолютно сухим.

Содержание внешней влаги определяется по потере массы навески при сушке угля при комнатной температуре и нагреве в сушильном шкафу до температуры не более 40 0С для бурых и не более 50 0С для каменного угля. Крупность зерен не должна превышать 20 мм, а масса пробы должна быть не менее 500 г. Дека для сушки ставится в вытяжной шкаф, в помещение с вентиляцией, или сушильный шкаф. Время от времени пробу перемешивают и взвешивают до тех пор, пока различие между двумя взвешиваниями в течение двух часов будет не более 0,3% первичной навески для бурого угля и 0,1% для каменного. Продолжительность сушки не должна превышать 8:00 и только для бурого угля с общей сыростью более 30% она может быть продолжена.

Для ускоренного определения внешней влаги можно сушить пробу в сушильном шкафу в атмосфере азота при температуре 80 0С.

Содержание внешней влаги (%):

где G1 - потеря массы при сушке пробы, г;

G - масса начальной пробы, г.

Содержание гигроскопической влаги (влажная воздушно-сухого угля) определяется в лабораторной пробе массой не менее 500 г, крупностью до 3 мм путем ее сушки при 105-110 0С. Каменный уголь сушат 60, бурый 60 и антрацит 120 мин. Контрольная сушка имеет тивалисть 30 мин. к различия не более 0,1%.

Аналитическую пробу перемешивают и с различной глубины из двух трех мест отбирают в заранее взвешенные стакана навески угля 10,1 г с точностью до 0,002 г. Навески помещают в заранеедь нагретую до 105-110 0С сушильный шкаф и сушат бурый уголь в течение 60 мин., каменный уголь и антрацит 30 мин. Контрольные просушки, продолжительностью по 10 мин., Проводят до тех пор, пока разница в двух последующих взвешиваниях будет меньше 0,001 г или к увеличению массы.

Ускоренный метод определения массовой доли влаги основан на высушивании угля при температуре 1405 0С. Для определения влаги аналитической пробы продолжительность сушки для каменного угля, антрацита и продуктов мокрого обогащения составляет 5 мин., Бурого угля 20 мин.

Взаимосвязь между природой стпдиею метаморфизма и составом угля и содержанием влаги наблюдается только в аналитической пробе.

Содержание влаги в ТГК (Wа): в зависимости от вида происхождения и стадии углефикации составляет в торфах до 30 - 45%;

буром угле: гумиты - от 5 до 25%

липтобиолиты - 5-8%,

сапропелиты - 4-8%;

каменном угле: Донецкий уголь марок Д - до 9%,

Г - до 5%,

Ж - до 3,5%,

К - до 2,5%,

ПС - до 1,5%,

П - до 1,0%,

А - до 4,0%;

липтобиолиты - 1,5 - 3%,

сапропелиты - до 2,5%,

горючих сланцах - 4 - 5%.

В одном и том же угле наибольшей влажностью обладает витринита, наименьшей - фюзинит, лейптинит занимает промежуточное, близкий к фюзиниту, положение.

Количество влаги в угле (общей, рабочей, внешней и аналитической) имеет большое практическое значение, способствуя или препятствуя окислению и самонагревания, ухудшая сыпучесть и вызывая смерзания угля, снижая энергетический КПД использования угля.

Содержание гигроскопической влаги в угле позволяет судить о количестве полярных фрагментов. При преобразовании торфа в бурый и каменный уголь содержание карбоксильных и гидроксильных групп в них уменьшается, что ведет к уменьшению родства угля к воде.

Минеральные компоненты и зольность угля

Сложность состава минеральной части ТГК, а так же разнообразие форм их связи с органичной массой вызывает большие трудности аналитического определения минеральных компонентов в неизменном состоянии, в связи с чем о содержании минеральных веществ в угле (М) приходится судить не прямо, а по количеству золы, остающейся после сжигания навески угля при свободном доступе кислорода воздуха. Золой, следовательно, называют твердый продукт полного окисления и термохимических превращений минеральной и органо минеральной части ТГК.

Зольность угля определяется сжиганием в стандартных условиях навески в муфельной печи при температуре 800-830 0С. Навеска 10,1 г угля отбирается из аналитической пробы в челнок с предварительно зафиксированной весом и решается с точностью до 0,2 мг. При необходимости навеска угля может быть менее 1 г. В аналитической пробе не должно быть частиц крупностью более 0,2 мм.

Различают медленное и ускоренное озоления.

При медленном озолении челнок с пробой помещают в холодную или нагретую до 300 0С печь, а потом поднимают температуру в муфели к 800-830 0С и прожарюають при конечной температуре 1,0-1,5 часа. После прожарки лодочки с золой вынимают из муфеля, охлаждают до комнатной температуры и взвешивают. Контрольное взвешивание осуществляется после дополнительного прокаливания в течение 30 мин. Разница между двумя взвешиваниями не должна быть больше 1 мг.

Ускоренное озоления с естественной вентиляцией осуществляют в муфельной печи, нагретой до 850-875 0С. Лодочки с навеской устанавливают на пластинке у края печи и выдерживают в этом положении 3 мин., А затем продвигают в муфельную печь со скоростью 2 см в мин. и закрывают дверцу.

Продолжительность прокаливания при 800-8300С для каменного угля и антрацита 35 мин. в лодочке No2 и 25 мин. в лодочке No3, для бурого угля соответственно 25 и 20 мин. Челнок No2 имеет размеры: длина - 85 мм, ширина - 14 мм, высота - 10 мм, челнок No3 соответственно 105, 18 и 14 мм.

Ускоренное озоления с подачей в муфельную печь кислорода проводят аналогично предыдущему, только после закрытия муфеля внего подают кислород со скоростью 3 л / мин. Продолжительность озоления при температуре 800-830 0С для каменного угля и антрацита 25 мин. (Челнок No2) и 20 мин. (Челнок No3), для бурого угля соответственно 15 и 10 мин.

Зольность аналитической пробы испытуемого угля (в%) вычисляют по формуле:

где m1 - масса прокаленного челнока, г

m2 - масса челнока с топливом, г

m3 - масса челнока с золой., Г.

Зольность каждой пробы определяют параллельно в двух навесках. Различия, допускаются зависят от зольности.

Если она ниже 10%, то допускаются различия между параллельными определениями в одной лаборатории 0,2%, в разных лабораториях 0,3%, при зольности 10-20% - 0,3 и 0,4%; при зольности 20-25% - 0,4 и 0,5%; при зольности более 25% - 0,5 и 0,7%.

Зольность аналитической пробы на сухую (А d) и рабочую массу в% пересчитывают по формулам:

,

где и - соответственно массовая доля влаги в аналитической пробе и рабочей влаги в пробе, испытываемого%.

В ряде работ показано, что при определении зольности "соленого" угля с повышенным содержанием щелочных металлов могут возникать существенные ошибки, за счет испарения при температурах 800-830 0С основного количества щелочных металлов и хлора. Рекомендуется для определения зольности такого угля проводить их озоления при температуре 600 0С в течение 3:00.

Поскольку при озолении твердых горючих ископаемых происходит изменение химического состава минеральной части, вследствие ее разложения и окисления, то зольность угля отличается от содержания минеральной части угля. Поэтому часто необходимо определять кроме зольности и непосредственный содержание в них минеральных компонентов. Для этого пробы угля обрабатываются разбавленной соляной, а затем плавиковой кислотой, в которых растворяется значительная часть минеральных компонентов, содержащихся в ТГК. Испытания проводят по международному стандарту ISO 602-74. Из примера, приведенного в настоящем стандарте, видно, что разница миж зольностью угля и массовой долей минеральных веществ (Мd) в высокозольных углей может достигать 5%.

При определении зольности и массовой доли углерода в органической массе топлива значительное содержание карбонатов в минеральном веществе может быть причиной погрешностей, поскольку при сжигании топлива карбонаты разлагаются и выделяют углекислоту. Массовую долю СО2 в минеральном веществе определяют весовым и объемным методами по международному стандарту ISO 925-75 или ГОСТ 13455-76 путем разложения карбонатов соляной кислотой и улавливания СО2 в поглотителях или в газоизмерительной бюретке.

Для выделения минеральной части угля в последнее время используется способ окисления органических веществ угля в низкотемпературной (до 150 0С) кислородной плазме. В твердом остатке хорошо диагностируются практически все основные минералы, содержащиеся в угле. Сегодня метод исследования состава минеральных примесей с применением низкотемпературной плазмы используется только в научно-исследовательских работах.

Разработка и использование физических методов определения содержания минеральных веществ в угле связана с совершенствованием технологии горного производства, методов обогащения и переработки топлива. Современные методы контроля должны обеспечивать экспрессность, представительность объекта анализируется возможность использования в различных технологических процессах и передачи информации в автоматическую систему управления предприятием. Физические критерии должны быть основаны на различия свойств органической составляющей и минеральных примесей. Такими критериями могут быть: плотность, динамический модуль упругости, прочность, природная радиоактивность угля и минеральных примесей.

На практике наибольшее распространение получили методы, основанные на взаимодействии угля и минеральных примесей с потоками ионизирующего излучений различных энергий. В качестве критерия оценки в них обычно используют плотность угольной массы, содержание органических веществ или различных минеральных компонентов, а также сочетаниея вышеупомянутых показателей. Количественно они оцениваются путем реализации различных схем взаимного расположения источника излучения, детектора и пробы.

Для анализа аналитических проб угля предназначен прибор САР-2-1 основан на обратном отражении рентгеновского излучения.

Для анализа проб угля лабораторной крупности (до 3 мм) используют прибор РКТ-1, основанный на регистрации ослабления гамма-излучения, испускаемого изотопом 241Аm.

Прибор БРА-9 предназначен для одновременного определения в аналитической пробе минеральных веществ и серы при использовании отраженного рассеяния мягкого гамма-излучения от источника 55Fe в сочетании с регистрацией флуоресцентного излучения железа, возбуждается излучениями изотопа 238Pu.

Пробы угля крупностью до 25 мм можно анализировать прибором ЭАЗ. Содержание минеральных веществ оценивается по плотности потокци, направленного вперед гамма-излучения изотопа 241Am. Прибор РАМ-1М предназначен для анализа влажности и содержания минеральных веществ в подвижном потока угля крупностью до 13 мм путем регистрации обратного отражения рентгеновского излучения.

Для непрерывного контроля рядового угля в потоке разработаны установка ВСКЗ-1 и приборы 7 серий РКТП, в которых использованы принцип ослабления жесткого гамма-излучения и направленного вперед гамма-излучения.

По происхождению минеральные компоненты принято делить на внутренние, образовавшиеся из минеральной части первичных растительных материалов, и внешние, состоящие из минеральных частиц, принесенных в торф или уголь извне.

Отсутствует явно выраженная зависимость между обще зольностью и природой и сиупенем углефикации ТГК. Зольность Аd практически для всех видов ТГК колеблется от 0,5 до 40%, для горючих сланцев от 40 до 70-80%. В одном и том же пласте самой зольность имеет фюзинит, найменшоу витринита, а лейптинит занимает промежуточное положение.

Выход летучих веществ

Важнейшей особыхной вещества более 2%, то расчет проводят по формуле:

,%.

Отличие в определении выхода летучих веществ по ISO 562-74 в том, что выход летучих веществ определяется при 90010 0С в цилиндрических тиглях с хорошо подогнанными крышками из тугоплавкого кварца, платины или других тугоплавких материалов.

Твердые нелетучие остатки, образующиеся из разных ТГК, характеризуются на внешний вид по следующей классификации: порошкообразный, неспечений, слипшийся, слабоспечений, испеченный, сплавленных, неспучений, вспученный, очень вспученный.

Свойства твердых нелетучих остатков (NV), образующихся при определении выхода летучих веществ с ТГК тигельных методом, зависят от природы и стадии метаморфизма. С торфа, бурого угля и антрацита образуются неспечени, порошкообразные твердые нелетучие остатки. С каменного угля неспечени твердые остатки дают постное, а также некоторое долго пламенное угля. Каменный уголь других марок (гумиты Г, Ж, К, ПС и некоторых Д) образуют корольки, которые имеют различные свойства по спечености, сплавлености и спучености. Сапропелитовых и липтобиолитове угля, особенно на каменноугольной стадии, как и малозольные горючие сланцы (ГС), образуют неспучений, испеченный тигельный кокс.

Абсолютно не спекаются фюзиниты. Витринита образуют твердые нелетучие остатки, в которых спеченисть, сплавленисть и спученисть изменяются по кривой с максимумом для угля марок Ж и К. В постном и длиннопламенных угле, а также в антрацитах витринита НЕ запекаются. Лейптинит в угле марок Д, Г и Ж образует твердые нелетучие остатки, всегда спекшихся, часто сплавлены, но не вспученные.

Таким образом, чем больше в угле содержание витринита и лейптиниту и меньше фюзиниту, тем спеченисть лучше.

Выход летучих веществ зависит от вида горючего первичного материала и степени углефикации. Выход летучих веществ из торфа составляет 65-75% на сухое беззольную массу, из бурого гумусового угля 45-65%, сапропелитовых 65-85%, липтобиолитового 65-80% независимоот степени углефикации.

Каменный уголь Донбасса имеет выход летучих веществ от 45% в длиннопламенных до 9% в постного угля, антрациты - от 2 до 9%.

Для более точного разделения антрацитов за выходом летучих веществ определяют объемный выход летучих веществ по ГОСТ 7303-77. Определение ведется при 90010 0С в течение 15 мин. путем определения количества газа, выделившегося в течение испытания.

Сера в угле

Сера в виде различных соединений в больших или меньших количествах содержится во всех ТГК независимо от их природы и степени метаморфизма.

При сжигании угля выделяются сернистые соединения, которые корродируют оборудование, а также вредно действуют на окружающую среду. Сера кокса ухудшает его качество как металлургического сырья, поскольку в домне она переходит в чугун, придавая ему хрупкость и понижая качество стали, получают из него, поскольку придает ей красноломкость.

В торфах содержание общей серы колеблется от 0,5 до 2,5%, бурый украинский уголь содержит от 3 до 7% серы, подмосковный бурый гумусовые угли - 1,5 - 7,9%. В угле Донбасса содержание серы изменяется от 0,5 до 9,3%, а в антрацитах от 0,6 до 6,3%. С учетом технологической переработки для каменного угля Донбасса принято деление на 4 группы по сирчитости (табл. 2.9).

Таблица 2.9 Сирчитисть каменного

Загрузка...

Страницы: 1 2