Горнодобывающая промышленность Вычисление показателей качества углей

Правильность и точность вычислений показателей качества крайне важны в угольном секторе. Результаты этих вычислений используются для определения различных основных характеристик, включая зольность и теплоту сгорания, что, в свою очередь, позволяет определить марку вашего угля.

В процессе анализа угольного образца команды химиков и специалистов компании SGS по всему миру используют широкий спектр аналитических расчетов и показателей. Это позволяет получить такие значения, как теплота сгорания угля, содержание общего водорода, а также индекс реакционной способности кокса (CRI) и прочность кокса после реакции (CSR). Благодаря испытаниям, проведенным в наших независимых лабораториях, и произведенным вычислениям показателей качества вы получите достоверные данные, которые соответствуют международным стандартам.

Ниже приведены некоторые методы и формулы пересчета, представляющие особый интерес. Они регулярно используются специалистами компании SGS по углю и коксу. Эти формулы предлагаются вам для ознакомления, однако SGS не может гарантировать их соответствие требованиям стандартов, вступивших в силу в относительно недавний срок. Клиентам, осуществляющим торговлю углем, следует ознакомиться с требованиями стандартов, прописанных в контрактах.

*** Расчет низшей теплоты сгорания угля - смотрите ASTM D5865-12 / ISO 1928-2009 *** Пересчет показателей на различные состояния угля - смотрите ASTM D3180 / ISO 1170

Коэффициенты пересчета на различные состояния: (См. ASTM D3180 / ISO 1170 – Пересчет на различные состояния влажности

Коэффициент AD (пересчитывает AD в Nominated Moisture (NM)): (100 – NM) / (100 – ADM)NM = AD / ((100 – NM) / (100 – ADM))

Дж/г = БТЕ/фунт умножить на 2,326 ИЛИ разделить на 0,429923 ккал/кг = Дж/г умножить на 0,238846 ИЛИ разделить на 4,1868 ккал/кг = БТЕ/фунт разделить на 1,8 или умножить на 0,555556 БТЕ/фунт = Дж/г разделить на 2,326 ИЛИ умножить на 0,429923 БТЕ/фунт = ккал/кг умножить на 1,8 или разделить на 0,555556

Стандартная неопределенность коэффициента выбросов углекислого газа CO2 (tCO2/TJ) Согласно новым требованиям Комиссии Европейского союза (ЕС) к составлению отчетности по выбросам CO2 выполняющую исследования лабораторию просят указывать "Стандартную неопределенность коэффициента выбросов СО2" по проведении лабораторных анализов в виде среднеквадратического отклонения. Для вычисления неопределенности используют значения предела воспроизводимости согласно ISO для углерода (сухое состояние) 1,00% и высшей теплоты сгорания (сухое состояние) 300 Дж/г в переcчете на рабочее состояние.

Балласт = зола (ar) + общая влага

Общий водород воздушно-сухой пробы (ad): H содержится в аналитической влаге

Водород (без учета Н во влаге) H(сухое состояние) = [общий водород(ad) – (AMx0,1119)] x (100 / (100 – AM))

Показатели углерода и кислорода исходя из атомной массы H20 Водород = влага X 0,1119 Кислород = влага X 0,8881

МОТТ и СПУНЕР (1940) КИСЛОРОД > 15% = (80,3 x C) + (339 x H) - (36,6 x O) + (0,17 x O2) + 22,5 x S

ПРИМЕЧАНИЕ. Эти формулы не верны для смеси углей. См. ниже формулу Сейлера.

Цитата из книги "УГОЛЬ" Д. В. ван Кревелена (стр. 529): "Все эмпирические уравнения – это вариации исходного уравнения Дюлонга с "некоторым теоретическим обоснованием", и после изменения эмпирических данных низшей теплоты сгорания угля они, по сути, являются эмпирическими соотношениями. Самыми надежными являются соотношения, предложенные Гивеном (1986) и Нивелом (1986)".

Расчет низшей теплоты сгорания угля (NCV) и коэффициенты пересчета (см. Низшая теплота сгорания угля (ASTM D5865-12)) Тепло, выделяемое во время горения вещества при постоянном давлении в 0,1 МПа (1 атм). Образующаяся при этом вода остается в виде пара.

ASTM D5865-12 / D3180 при постоянном давлении Qv-p= 0,01 * RT * (Had / (2*2,016)) – Oad / 31,9988 – Nad / 28,0134) Qh = 0,01 * Hvap * (Had / 2,016) Qmad = 0,01 * Hvap * (Mad / 18,0154) Qmar = 0,01 *Hvap * (Mar / 18,0154) Qvar = Qvad *((100 – Mar) / (100 – Mad)) Qpad(net) = Qvad(gross) + Qv-p – Qh – Qmad Qpd(net) = (Qvad(gross) + Qv-p – Qh) * (100/(100 – Mad) Qpar(net) = ( Qvad(gross) + Qv-p – Qh) * (100 – Mar) / (100 – Mad) – Qmar

где: Qv-p = энергия, связанная с изменением объема газовой фазы реакции горения R = универсальная газовая постоянная [8,3143 Дж/(моль *K)] T = стандартная эталонная термохимическая температура (298,15 K) Had = Had,m – 0,1119 * Mad (общий углерод – H во влаге) Oad = Oad,m – 0,8881 * Mad (общий кислород – O во влаге) Hvap = теплота испарения воды при постоянной температуре (43985 Дж/моль) Qh = теплота испарения содержащегося в образце водорода Qmad = теплота испарения содержащейся в аналитическом образце воды Qmar = теплота испарения общей влаги, содержащейся в образце Атомная масса: О2 = 31,998 / N2 = 28,0134 / H2 2,016 / H2O = 18,0154

ISO 1928-2009 при постоянном объеме Qv, net, m, Дж/г =( Q gr,v,d – 206,0 [ wHd ] ) x (1 – 0,01 x MT) – (23,05 x MТ) Qv, net, m, ккал/кг = ( Q gr,v,d – 49,20 [ wHd ] ) x (1 – 0,01xMТ) – (5,51 x MТ)

[ wHd ] = содержание H в образце за вычетом водорода во влаге w(H)d = w(H) x 100 / 100 – MТ МТ = Общая влага

Формула Сейлера Различные характеристики угля можно определить путем проведения полного элементарного анализа и вычисления теплоты сгорания, используя для этого формулу Сейлера и другие похожие расчеты (например, формулу Дюлонга).

ISO 1928 2009 Определение высшей теплоты сгорания угля Стандарт ISO – это единственный международный стандарт, который позволяет определить содержание водорода в образце угля при помощи формулы Сейлера. Вычисление по Сейлеру верно только для большинства каменных углей.

Примечание 1. НЕВЕРНО, если значение Hdb составляет менее 3% Примечание 2. НЕВЕРНО, если содержание Odaf составляет более 15%. Примечание 3. НЕВЕРНО для определения H, если партия угля представляет собой смесь, содержащую низкометаморфизованные угли, антрацит, нефтекокс или каменные угли. Примечание 4. НЕВЕРНО в случае выполнения расчетов для низкометаморфизованных углей, антрацита, нефтекокса или кокса.

ISO 1928 2009 Часть E.3.3 wH = 0,07 x w(V) + 0,000165 x qv,gr,m – 0,0285 x [ 100 – МТ – w(A) ] w(H) – содержание H в образце за вычетом водорода, содержащегося во влаге, как % от массы w(V) – содержание летучих веществ в образце с содержанием влаги MТ как % от массы w(A) – содержание золы в образце с содержанием влаги MТ как % от массы qv,gr,m – высшая теплота сгорания образца угля с содержанием влаги MТ в Дж/г

СРЕДНИЙ РАЗМЕР КУСКОВ КОКСА (см. Приложение А к стандарту ISO 728) = (B(a–c)+C(b–d)+…+J(h–k) + 100j) / 200

Где: a, b, c, d… h, j, k – диаметр в мм отверстий каждого последующего сита; A, B, C, D… H, J, K – кумулятивный надрешетный продукт каждого из сит в процентах. Примечание. Диаметр отверстия сита "a" – это самый маленький размер отверстия, через которое проходит весь кокс (т.е. A = 0%). Сито с диаметром отверстий "k" – это такое сито, через которое предположительно кокс вообще не сможет пройти (k = 0 мм, K = 100%).

Когда кокс поступает в доменную печь, он вступает в реакцию с восходящими противотоками CO2 и происходит его истирание. Эти параллельные процессы разупрочняют кокс. Происходят химические реакции, в ходе которых образуются мелкие частицы, что может снизить газопроницаемость шихты в доменной печи. Компания SGS проводит испытания CRI и CSR и предоставляет высокоточные результаты своим клиентам в оптимальные сроки. Испытания CRI и CSR помогают рассчитать объем энергии, которая будет вырабатываться от сжигания вашего угля.

Эти испытания определяют реакционную способность кокса по отношению к двуокиси углерода при повышенных температурах, а также прочность кокса после реакции с двуокисью углерода методом вращения в цилиндрическом барабане. В процессе испытания 200-граммовые лабораторные пробы кокса крупностью ⅞” x ¾” (19 x 22 мм), выделенные из не менее чем килограммовой навески исходного образца, вступают в реакцию с СО2 в стальной реторте в течение двух часов при температуре 1100°C. Потеря в весе после реакции равна CRI. После газификации кокс помещается в цилиндрический барабан, который со скоростью 20 об/мин делает 600 оборотов, а затем взвешивается. Вес кокса крупностью более ⅜” в процентах и есть показатель CSR (прочность после газификации). Для большинства доменных печей требуется кокс с CSR больше 60 и CRI меньше 25. Компания SGS готова провести исследование доменного кокса для вашего производства и предоставить точные результаты при оптимальных затратах.

Компания SGS является мировым лидером по проведению исследований и испытаний угля и кокса. Данные аналитической обработки позволяют получить оптимальный коэффициент извлечения и обеспечить эффективное использование угля и кокса.