Определение зольности углей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова

РЕФЕРАТ

Определение зольности углей

Выполнили:

Алексеева Н.

Тихонова А.

Содержание

1. Общие сведения

2. Определение зольности

3. Методы и устройства определения зольности

4. Определение содержания минеральных примесей

Заключение

1. Общие сведения

ЗОЛЬНОСТЬ (а. ash соntent;н. Aschegehalt, Aschehaltigkeit;ф. teneur en cendres;и. соntenido de cenizas) - отношение массы негорючего остатка (Золы), полученной после выжигания горючей части топлива, к массе исходного топлива. Обозначается символом А (латинской) и выражается в процентах. Для практических целей значение зольности, определённое по аналитической пробе (Aa), обычно пересчитывается на cyxoe Ad или рабочее Ar состояние топлива. Для всех типов твёрдых топлив зольность - один из основных нормируемых показателей характеристики и оценки их качества, используемый при разработке технических условий, потребительских стандартов, кондиций и при подсчёте запасов.

Повышение зольности снижает тепловой эффект сжигания топлив, удорожает (как балласт) стоимость их транспортировки, отрицательно отражается на технологии процессов переработки и качестве получаемых продуктов (кокса, полукокса и др.).

Золообразующие компоненты, химически связанные с органическим веществом углей или дисперсное в нём рассеянные (внутренняя зола), а также образующиеся за счёт содержащихся в углях неорганических включений и засоряющих (при добыче) вмещающих пород (внешняя зола), при термической переработке имеют различную летучесть и претерпевают неодинаковые изменения.

Поэтому условия определения зольности и химического состава золы углей стандартизированы.

Зольность углей за счёт внутренней золы (так называемой материнской) обычно колеблется в пределах 1-15%, но при тонкодисперсном распределении неорганического материала достигает десятков процентов с постепенным переходом углей в углистые породы (с Ad 60%). При обычном обогащении углей эта зола не удаляется. Зольность за счёт внешней золы зависит от внутреннего строения угольных пластов и технологии их добычи, подавляющая часть минеральных примесей, образующих внешнюю золу, может быть удалена при обогащении. Определение зольности углей производят прямыми и косвенными методами.

Прямые методы определения зольности заключаются в озолении навески угля, помещаемой в фарфоровой лодочке или в небольшом противне в муфельную печь, и прокаливании зольного остатка. Выход зольного остатка в процентах к первоначальному весу навески принимают за зольность угля.

Точность определения зольности может изменяться в зависимости от конечной температуры, достигаемой в печи, от скорости нагрева и расположения навесок, от атмосферы, которая может быть создана в печи (например, прокаливание в токе кислорода или в токе инертных газов, предварительное смачивание навески концентрированной соляной или азотной кислотой и т. д.).

От изменения указанных факторов изменяются и условия определения зольности угля. Большое значение для условий определения имеет и требуемая точность анализа, в соответствии с чем различают медленное и ускоренное озоление навески угля.

Примерами косвенных методов являются определения зольности, основанные на различной проницаемости угля и минеральных примесей рентгеновскими лучами, радиоактивными изотопами и т. д.

Эти методы дают менее точные по сравнению с прямыми методами результаты определений зольности угля.

Но для их применения необходимо иметь дорогую и требующую квалифицированного обслуживания аппаратуру.

Для расчетов угольных предприятий с потребителями за качество зольность угля и продуктов обогащения в расчетно-аналитических товарных пробах углехимические лаборатории определяют, применяя прямые методы медленного и ускоренного озоления навески угля (по ГОСТ 11022-64). Для озоления навески применяют муфельные печи с максимальной температурой нагрева 900' С. При ускоренном определении зольности печь должна иметь вытяжную трубу диаметром 20 мм., расположенную в задней стенке печи.

2. Определение зольности

Вариант медленного озоления. Аналитическую пробу перемешивают шпателем в открытой банке и на разной глубине из двух - трех мест берут навески угля в предварительно взвешенные лодочки.

Лодочки с навеской ставят на керамической пластинке или без нее на холодный либо нагретый до температуры не свыше 3000С под муфельной печи. Закрывают дверцу печи, и в течение 1-1,5 ч. доводят температуру в ней до 800-8250 С. При этой температуре прокаливают образовавшийся зольный остаток в закрытом муфеле 1-2 ч. для достижения постоянства его веса. Закончив прокаливание, лодочки вынимают из муфеля, охлаждают 5 мин. на воздухе, а затем в эксикаторе до комнатной температуры и взвешивают.

Для контроля прокаливают зольный остаток в тех же лодочках еще 30 мин. и взвешивают. Если результаты двух последовательных взвешиваний дадут разность в весе менее 0,001 г., испытание заканчивают и для расчета зольности принимают последний вес навески. Если продолжительность основного прокаливания зольного остатка была недостаточной, изменение веса будет более 0,001 г., в этом случае необходимо производить дополнительные контрольные прокаливания остатка.

Все взвешивания производят с точностью до 0,0002 г.

Вариант ускоренного озоления. Порядок взятия навесок угля для ускоренного озоления такой же, как взятие навесок для медленного озоления. Предварительно нагревают муфельную печь до температуры 850-8750С. Открывают дверцу печи и устанавливают на уровне ее пода керамическую или из жароупорного металла пластинку с установленными на ней в 3-4 ряда лодочками. Последние располагают таким образом, чтобы у самого входа в муфель размещался первый ряд лодочек. В таком положении пластинку выдерживают 3 мин., затем пластинку с лодочками продвигают в печь со скоростью 2 см. мин. После того как прокаливание окончено, лодочки с зольным остатком охлаждают сначала в течение 5 мин. на воздухе, а затем до комнатной температуры в эксикаторе и взвешивают (с точностью до 0,0002 г.). Вычисление зольности аналитической пробы угля и пересчет зольности на сухую и рабочую массы угля производят по формулам:

Аа = G1 Ч 100 ч G

Ad = Аa (100 ч 100 - Wa)

Ar = Aa (100 - Wrt ч 100 - Wa)

Где:

G1 - вес зольного остатка, г.;

G - навеска угля, г.;

Wa, Wrt - влага аналитическая и рабочая, %.

Все вычисления ведут с точностью до 0,01%, округляя окончательные результаты до десятых долей процента (табл.).

Табл. - Допускаемые расхождения результатов параллельных определений зольности:

Пример расчета результатов анализа на зольность угля.

Вес лодочки с навеской угля, г 20,0836.

То же, без навески, г. 19,0008.

Навеска угля, г. 1,0828.

Вес лодочки с зольным остатком, г. 19,1212.

Вес зольного остатка, г. 0,1204.

Зольность угля по первому определению:

А = G1100 ч G = 0,1204 Ч 100 ч 1,0828 = 11,12%

Зольность угля по второму определению А = 11,30%.

Расхождения между результатами двух определений 11,30 - 11,12 = 0,18%, т. е., в допустимых пределах.

Зольность аналитической пробы угля:

А = (11,12 + 11,30) ч 2 = 11,21%.

Для пересчета зольности угля на сухую массу принимаем влажность аналитической пробы Wa = 4,35%.

Ad = Аа (100 ч 100 - Wa) = 11,21(100 ч 100 - 4,35) = 11,59

Округляем до 11,6%.

Зольность рабочего топлива при содержании влаги Wrt = 14,57%.

Ar = Aa (100 - Wrt ч 100 - Wa) = 11,21 (100 - 14,57 ч 100 - 4,35) = 10,01

Округляем до 10%.

В ископаемых углях содержится значительное количество (2-50 мас. %) минеральных веществ, образующих после сжигания золу. Зольный остаток образуется после прокаливания угля в открытом тигле в муфельной печи при температуре 850±25°С. Зола на 95-97% состоит из оксидов Al, Fe, Ca, Mg, Na, Si, K. Остальное - соединения P, Mn, Ba, Ti, Sb и редких и рассеянных элементов. По происхождению минеральные примеси делятся на три группы:

- органоминеральные комплексы, сформировавшиеся в процессе углеобразования на ранних стадиях;

- минеральные вещества первичных растений;

- минералы, отложившиеся на стадии углефикации.

Ясно, что минеральные вещества, не связанные химически с органической частью и находящиеся в виде прослоек, легко отделяются от нее при обогащении. Также очевидно, что зольность угля даже одного месторождения может колебаться в широких пределах вследствие неодинаковых условий внесения неорганических компонентов при формировании угольного пласта. Заметим, что зольность, строго говоря, не отвечает массовой доле неорганической части угля, т. к., при прокаливании компоненты последней соединяются с кислородом или разлагаются и остаются в виде оксидов, например:

Зольность обозначатся буквой Аd (Asche) и выражается в мас.%. Суммарное содержание влаги и золы называют балластом. Содержание собственно минеральных веществ обозначается буквой М.

Оно определяется с помощью физических и физико-химических методов. При известном содержании минеральной части органическая масса угля (воздушно-сухой пробы) будет представлена как:

Gо.м. = 100 - (Wh + Ma)

Где:

Ма - массовая доля минеральной части воздушно-сухой пробы, определяемой физико-химическими методами анализа.

3. Методы и устройства определения зольности

Радиометрический измеритель зольности угля GE 2000.

Измеритель GE 2000 позволяет вести наблюдение (в режиме он-лайн) за текущим значением зольности угля, находящегося на конвейере. Измеритель способен определить количество угля, прошедшего по конвейеру, и его теплоту сгорания. Применение прибора повышает эффективность использования добытого угля, позволяет оптимизировать объемы потребления топлива, и таким образом снизить расходы.

Характеристика.

GE 2000 - самостоятельно работающий прибор, способный предоставить важнейшую информацию по качеству и количеству угля, проходящего по конвейеру. Он использует бесконтактный метод измерения затухания гамма-излучения двух разных видов энергии. Прибор, с точки зрения безопасности, удовлетворяет всем общепринятым европейским правилам техники безопасности. Блок детектора прибора GE 2000 устанавливается на конвейер в месте измерения.

Главные компоненты блока детектора - источники излучения, находящиеся в защитном корпусе, установленные под лентой конвейера, на котором находится транспортируемый уголь, и блок вычисления измерительного зонда с процессором - установлены в стальном корпусе, который находится в центре пучка гамма-лучей над лентой конвейера. Процессор обеспечивает управление стабилизацией температуры зонда, а также оптимизацией и коррекцией его внутренних параметров и выбором диапазона поступающих сигналов. Гальваническая развязка гарантирует устойчивость зонда к внешним помехам.

Для электропитания зонда используется безопасное постоянное резервированное напряжение 24В DC из блока управления. Ограничение расстояние между блоком детектора и блоком управления обусловлено использованием протокола связи RS-485. Правильная передача данных в блок управления обеспечена методом передачи цифрового сигнала и системой контрольного суммирования. Блок управления прибора GE 2000 предназначен для налаживания коммуникации с блоком детектора. Получения результатов их оценки и преобразования в желаемые параметры и диапазоны. Основным компонентом блока управления является компьютер промышленного назначения.

Данные вводятся посредством клавиатуры. Выходные данные изображаются на графическом дисплее LCD (320x240 точек). Достаточная вычислительная мощность центрального компьютера существенным образом облегчает обслуживание и управление прибором, сводя его только к выбору из меню. Источник питания блока управления - батарея 24 В. Таким образом, обеспечено полное гальваническое отделение от сети и минимизирована возможность внешних помех.

В случае перебоя сетевого напряжения осуществляется стандартное (т. е., корректное) закрытие программы блока управления, без потери результатов измерения.

Функции золомера:

Непрерывное определение зольности угля, прошедшего сквозь блок детектора в реальном масштабе времени. Текущее значение зольности отображается после окончания заданного промежутка времени измерения.

Определение высоты слоя угля, находящегося на конвейере.

Непрерывное определение калорийности. Содержание влаги, применяемое для пересчета на теплотворную способность определяется оператором измерителя или автоматически (от внешнего измерительного прибора, в комплекте поставки отсутствует).

Определение прошедшего количества угля (транспортная мощность конвейера в т. ч.) на основе обработки математической модели профиля конвейера и полученных в результате измерения данных высоты слоя.

Измерение в определенном промежутке времени (аккумулированные данные). Измерение зольности осуществляется с момента активации входа (нажатием кнопки ПУСК) вплоть до нажатия кнопки СТОП. В заранее определенных промежутках времени отображаются суммированные, аккумулированные результаты измерения. Измерение текущих данных, т. е., мгновенных параметров зольности не имеет никаких ограничений.

4. Определение содержания минеральных примесей

Зола, получаемая при озолении навески угля и после прокаливания ее, отличается по содержанию от минеральных примесей, находившихся в исходном угле. Последние под действием высоких температур претерпевают различные превращения: из алюмосиликатов удаляется кристаллизационная вода, в связи с чем их вес уменьшается примерно на 8%, из карбонатов выделяется двуокись углерода и вес их уменьшается до 40-50%;серный колчедан окисляется с образованием окиси железа и двуокиси серы, которая может улетучиться или вступить во взаимодействие с имеющимися в минеральной части угля окислами кальция и магния. Улетучиваются также и некоторые хлориды.

В процессе озоления угля в его минеральной части возможны, помимо потерь кристаллизационной воды, следующие основные реакции:

Могут быть и другие превращения минералов.

Приближенно истинное содержание в угле минеральных примесей определяют по зольности, введя в нее поправочный коэффициент 1,08-1,10. Для более точных подсчетов содержание минеральных примесей определяют химическим путем. Сущность метода заключается в частичном извлечении минеральных примесей путем обработки навески угля соляной и фтористоводородной кислотами в условиях, при которых вещество угля не изменяется. Вычисляют убыль в весе навески в результате обработки ее кислотами, а затем навеску озоляют и в зольном остатке определяют содержание железа. По содержанию железа в золе вычисляют содержание серного колчедана в угле. Определяют также количество соляной кислоты, поглощенной углем. Для испытания берут навеску угля 6 г. и переносят ее в химический стакан из кислотоупорного материала (поливинилхлорида) вместимостью 200 мл., добавляют в стакан 40 мл. 5 н. соляной кислоты. Стакан помещают на водяную баню, в которой поддерживают температуру 55-600С, и выдерживают на ней 45 мин., перемешивая через каждые 5 мин. содержание стакана, остальное время стакан должен быть закрыт.

После отстаивания взвеси угля в стакане в течение 10 мин. раствор декантируют, сливая его на фильтр, куда переносят и уголь, который промывают водой и затем смывают (не более 10 мл. воды) опять в стакан. Добавляют в стакан 40 мл. фтористоводородной кислоты (плотность 1,13 г. см. куб.) и нагревают на водяной бане так же, как и нагревали с соляной кислотой. Взвесь в стакане отстаивают и декантируют раствор через тот же фильтр. Уголь в стакане промывают 3 раза водой, сливая ее на фильтр, а затем переносят на фильтр весь уголь (при помощи палочки с резиновым наконечником) и промывают его 20 раз порциями горячей воды по 25 мл.

В течение 5-10 мин. просушивают уголь на воздухе, затем фильтр с углем помещают в вакуумный шкаф, где его сушат в течение 1,5 ч. при температуре 500С.

Высушенный уголь выдерживают на воздухе в течение 1 ч. и взвешивают. Возможно полнее переносят уголь в склянку с притертой пробкой и взвешивают очищенный фильтр. Вес угля определяют по разности между весом фильтра с углем и без угля. Тщательно перемешивают обработанный кислотами уголь и определяют в нем содержание влаги, хлора, а также зольность и содержание железа в зольном остатке. По содержанию хлора вычисляют эквивалентное ему содержание соляной кислоты, а по содержанию железа в зольном остатке - эквивалентное ему содержание серного колчедана в угле. Все результаты пересчитывают на сухую массу угля (содержание влаги в испытуемой навеске угля определяют предварительно).

Содержание минеральных примесей в угле вычисляют по формуле:

M = (G - G1 + K + HCl + 1,1A) 100 ч G%

Где:

G - навеска угля, г.;

G1 - вес навески после обработки ее соляной и фтористоводородной кислотами г.; топливо радиометрический химический

К - вес серного колчедана, содержащегося в навеске, г.;

HCl - вес соляной кислоты, содержащейся в навеске, г.;

А - вес зольного остатка за вычетом веса окиси железа, г.

Заключение

Зольность нормируется государственными стандартами. Наиболее высокий допустимый предел зольности рядовых углей, отсевов, штыбов, пром. продукта и шламов обогащения установлен для условий пылевидного сжигания (Ad 45-53%).

Для слоевого сжигания используются угли с Ad не более 37,5%, для коксования - необогащённые спекающиеся угли и концентраты обогащения с Ad до 10,6% (угольных месторождений Кавказа - до 13,8%).

Предельная зольность углей для коксования, направляемых на обогащение для различных бассейнов, 25-36%. Зольность горючих сланцев колеблется в широких пределах (Ad 48-72%).

Для условий потребления горючих сланцев зольность не нормируется, основным показателем качества служит удельная теплота их сгорания, на величине которой отражается зольность.

Зольность торфа зависит от геологических условий его образования и различна для разных типов и видов торфа.

По содержанию золы различают малозольные (менее 5%), среднезольные (5-10%) и высокозольные (более 10%) торфы.

В CCCP зольность углей и горючих сланцев определяется озолением навески испытуемого топлива в муфельной печи и прокаливанием зольного остатка при t 800-830°С, для ускоренного озоления горючих сланцев - при t 850-875°С (ГОСТ 11022-75). Зольность углей определяется также рентгенометрическим методом - по параметрам ионизирующего излучения после взаимодействия с углём (ГОСТ 11055-78).

Размещено на Allbest.ru