Действительная плотность угля (dr) – отношение его массы к массе такого же объема воды при тем­пературе 20 °С, зависит от степени метаморфизма угля. Плотность бурых уг­лей колеблется в пределах 1,1-1,5, а каменных углей возрастает от длиннопламенных к тощим и антрациту.

Кажущаяся плотность (da) показывает отношение массы натурального топлива к мас­се такого же объема воды. Плотность угля, антрацита, горючих сланцев и породных прослойков определяют по ГОСТ 2160-92 «Топливо твердое минеральное. Методы определения плотности».

Плотность сухой массы топлива определяется как отношение его массы к массе воды при температуре 20 °С, взятой в объеме плотной массы топлива. Расхождения результатов параллельных определений плотности в одной лаборатории не должны превышать 0,01%.

Насыпная плотность (BD) – отношение массы топлива в насыпном состоянии к его объему. Величина насыпной плотности угля одной и той же марки или класса может колебаться в зависимости от гранулометрического состава, зольности и влажности угля. Величиной насыпной плотности пользуются при замерах топлива в бункерах, штабелях, определении массы угля, погруженного в железнодорожные вагоны. Насыпная плотность угля вычисляется определением массы нетто заполненного углем мерного ящика объемом 0,5 м3 для угля крупностью до 25 мм и объемом 1,0 м3 для угля рядового и крупностью 25 мм и более. Для получения более точного результата берется среднеарифметическая величина из пяти взвешиваний. Насыпная плотность угля, определенная в местах погрузки, может отличаться от насыпной плотности, определенной, у потребителя, в связи с изменением влажности и гранулометрического состава угля в пути следования.

Спекаемость – свойство углей отдельных марок при нагревании до температуры свыше 700 °С без доступа воздуха образовывать прочные куски с повышенным содер­жанием углерода. Степень спекаемости определяется в лабораторных условиях по внешнему виду и прочности нелетучего угольного остатка (королька), полученного при оп­ределении выхода летучих веществ, по ГОСТ 6382-2001. Бурые, длиннопламенные, большинство тощих углей, а также полу антрацит и ан­трацит не спекаются. Некоторые газовые и отощенные спекающиеся угли (ОС) спекаются слабо. Угли марок Ж и К обладают хорошей спекаемостью. Нелетучий угольный остаток, полученный в тигле при определении выхода летучих веществ, в зависимости от внешнего вида и прочности характеризуется по следующей классификации:

1. порошкообразный;
2. слипшийся – при легком нажиме пальцем рассыпается в порошок;
3. слабоспекшийся – при легком нажиме пальцем раскалывается на отдельные кусочки;
4. спекшийся, не сплавленный – для раскалывания на отдельные кусочки необходимо приложить усилие;
5. сплавленный, не вспученный – плоская лепешка с серебристым металлическим блеском поверхности;
6. сплавленный, вспученный – остаток с серебристым металлическим блеском поверхности высотой менее 15 мм;
7. сплавленный, сильно вспученный – остаток с серебристым металлическим блеском поверхности высотой более 15 мм.

Характеристика нелетучего угольного остатка дает относительное представление о спекаемости углей и пригодности их для технологических целей.

Для определения коксующей способности углей пользуются пластометрическим методом (ГОСТ 1186-87). По этому методу коксуемость углей характеризуется пластометрическими показателями – толщиной пластического слоя y и пластометрической усадкой х, которые определяются при коксовании пробы угля в пластометрическом аппарате. Метод определения этих показателей основан на свойстве спекающихся углей размягчаться при нагревании без доступа воздуха и в интервале температур 350-470 °С переходить в пластическое состояние. При дальнейшем повышении температуры происходит отвердевание спекшейся массы и образование кокса.

За толщину пластического слоя у принимается максимальное расстояние (в мил­лиметрах) по вертикали между кривыми верхнего и нижнего уровня пластического слоя, фиксируемыми пластометрическим аппаратом. За величину пластометрической усадки х принимают конечное снижение (в мил­лиметрах) объемной кривой, фиксирующей, ход изменения объема угля при нагревании относительно нулевой линии. Расхождения в результатах определений не должны превышать: по толщине пла­стического слоя при у менее 20 мм – 1 мм, при у более 20 мм – 2 мм; при пластомет­рической усадке х – 3 мм. В международной практике спекаемость углей характеризуется индексом Рога или индексом вспучивания в тигле.

Принцип метода Рога заключается в следующем: спекающаяся способность угля устанавливается определением механической прочности тигельного кокса, полученного смешиванием 1 г угля с определенным количеством антрацита, применяемого в каче­стве отощающей добавки. Полученный королек подвергается испытанию в барабане и по результатам этого испытания может быть подсчитана спекающая способность уг­ля (индекс Рога). Карбонизация проводится под нагрузкой в течение 15 мин при температуре 850 °С в тигле стандартного типа. Индекс Рога подсчитывается по формуле:

Индекс Рога = 1003Q ( a+d2 + b+c), где

• Q – масса всего кокса, полученного в тигле, г;
• а – масса частиц кокса размером более 1 мм, полученных просеиванием до начала испытания на разрушение, г;
• Ь – мас­са частиц кокса размером более 1 мм, полученных просеиванием после первого перио­да истирания в барабане, г;
• с – масса частиц кокса размером более 1 мм, полученных просеиванием после второго периода истирания в барабане, г;
• d – масса частиц кокса размером более 1 мм, полученных просеиванием после третьего периода истирания, г.

Коксующая способность углей характеризуется дилатометрическими показателями по Одибер-Арну или типом кокса по Грей-Кингу.

Определение коксующей способности углей дилатометрическим методом по Оди­бер-Арну заключается в следующем: карандаш, изготовленный из порошкообразного угля, вводится в узкую калиброванную трубку и закрывается стальным стержнем (поршнем), который также вводится в трубку, затем трубка нагревается при постоян­ной и определенной температуре. Нагревание производится в специальной электрической печи, блок которой изго­товлен из кислотоупорного и тугоплавкого металла. Блок оборудуется электрическим нагревателем и имеет регулирующее устройство, позволяющее изменять скорость на­грева до 5 °С в диапазоне температур от 300 до 500 °С. Отмечая периодически перемещение поршня при нагревании, определяют макси­мальное расширение по Одибер-Арну (в процентах). При этом изменения в длине ка­рандаша определяются в процентах к первоначальной его длине.

Тип кокса определяют методом Грей-Кинга с помощью карбонизации лаборатор­ной пробы угля или смеси углей в стандартных условиях при доведении конечной тем­пературы ее до 600 °С. Карбонизация угля осуществляется в реторте, изготовленной из прозрачного квар­ца или тугоплавкого стекла. Реторта представляет собой трубку длиной 300 мм, за­паянную с одной стороны и имеющую боковой отвод, расположенный у открытого ее конца. Остаток кокса после карбонизации мелкораздробленного угля классифицируется с помощью сравнения с серией различных типов кокса.

По международной классификации углей тип угля обозначается номером по коду, состоящим из трех цифр, из которых первая обозначает класс, вторая – группу, тре­тья – подгруппу угля. Угли классифицируют по выходу летучих веществ (на сухую беззольную массу), высшей теплоте сгорания (на условно влажную беззольную массу), индексу вспучива­ния в тигле, либо по индексу Рога, а также по максимальному расширению по Одибер-Арну либо по типу кокса по Грей-Кингу.

Механическая прочность углей зависит от состава органической массы и мине­ральных примесей. Она наиболее высока у длиннопламенных и газовых углей, резко снижается у жирных, коксовых и некоторых тощих углей. Антрацит относится преимущественно к механически прочным и очень прочным углям. Полуантрацит занимает промежуточное положение между тощими углями и ант­рацитом. Слабой механической прочностью обладают землистые бурые угли. Механичес­кую прочность углей определяют по ГОСТ 7714-75.

Сущность метода определения механической прочности заключается в разруше­нии пробы угля крупностью от 13 до 100 мм во вращающемся закрытом барабане и затем определении массы кусков крупностью более нижнего предела испытуемого класса. Выход кусков крупностью более нижнего предела для соответствующих классов грохоченого угля и крупностью более 13X13 мм для рядовых углей, выраженный в про­центах от массы загруженного в барабан угля, принимают за показатель механической прочности (индекс механической прочности) угля.

Термическая стойкость – свойство углей сопротивляться механическому разру­шению при нагревании. Она уменьшается при высоком содержании в углях гигроско­пической влаги, которая, испаряясь при быстром нагревании, способствует разрушению угля. Аналогичное действие оказывают летучие вещества, а также минеральные при­меси с отличным от органической массы углей коэффициентом теплового расширения. С увеличением спекаемости углей их термическая стойкость повышается. Термическая стойкость для тощих углей и антрацита определяется по ГОСТ 7714-75.

Сущность метода определения термической стойкости для тощих углей и антра­цита заключается в нагревании пробы угля крупностью 13-100 мм в муфеле при тем­пературе 850-900 °С в течение 30 мин и последующем определении содержания в угле кусков крупностью более 13 и 6-13, 3-6 и 0-3 мм. Выход угля крупностью более 13 мм (в процентах) принимают за показатель тер­мической стойкости испытуемого угля (индекс термической стойкости).

Сущность метода определения термической стойкости для каменных углей (кро­ме тощих) заключается в нагревании пробы угля крупностью 25-50 мм в лаборатор­ной термопечи при начальной температуре 900 °С в течение 12 мин и в последующем определении содержания в угле кусков крупностью более 13, 6-13, 3-6 и 0-3 мм.

Окисленность углей. Под влиянием кислорода воздуха и воды происходит процесс окисления углей, в результате чего изменяются их физический и химический составы. Окислению подвергаются угольные пласты (при проникновении в них по трещинам воз­духа и воды) и угли, хранящиеся на складах. Глубина выветривания угольных пластов в отдельных угольных бассейнах раз­лична. Как правило, окисленные угли имеют повышенную влажность, повышенное со­держание сульфатной серы, пониженную теплоту сгорания Qгб, несколько изменен­ный элементарный состав угля (содержание кислорода увеличивается, а углерода и водорода уменьшается) и для коксования непригодны. Окисленность углей опоеделяется химическим и петрографическим методами, ус­тановленными ГОСТ 8930-94.

Окисленность угля химическим методом устанавливается по:

• уменьшению теплоты сгорания летучих веществ до значения, близкого к теплоте сгорания испытуемого угля или ниже ее, а для длиннопламенных углей – по умень­шению теплоты сгорания испытуемого угля по сравнению с теплотой сгорания неокис-ленного угля;
• увеличению содержания фенольных и карбоксильных гидроксилов по сравнению с содержанием их в неокисленном угле;
• увеличению содержания гигроскопической влаги W™ по сравнению с неокисленным углем.

Окисленность угля петрографическим методом устанавливают по наличию вывет­ренной массы угля, определяемой по внешним признакам (наличие трещин, дезинтегра­ция зерен и др.).

Угли Кузнецкого бассейна, добываемые открытым способом, по степени окисленности разделяют на 3 группы:

1. угли, теплота сгорания Qгб которых ниже средних показателен для неокисленных углей не более, чем на 10%;
2. угли, теплота сгорания которых более чем, на 10% ниже средних показателей для неокисленных углей, но не менее 6000 ккал/кг.
3. угли, теплота сгорания которых менее 6000 ккал/кг.

При этом средние показатели теплоты сгорания Qгб для неокисленных углей от­дельных марок принимают:

• Д... 7800 ккал/кг;
• СС... 8300 ккал/кг;
• Г... 8000 ккал/кг;
• Т... 8400 ккал/кг;
• Ж... 8400 ккал/кг.

Влагоемкость углей – свойство углей поглощать влагу. Максимальную влагоемкость Wmax бурых, каменных углей и антрацита определяют по ГОСТ 8858-93.

Сущность метода определения максимальной влагоемкости заключается в выдер­живании пробы угля крупностью 13-50 мм. в воде в течение 2 ч. и в последующем определении содержания общей влаги в угле после отекания воды в течение 20 мин.

Температура плавления золы (t3) угля имеет большое значение. При слоевом или пылеугольном сжигании угля легкоплавкая зола приводит к шлакованию топок и поверх­ностей нагрева котлов. Это снижает надежность, экономичность и паропроизводительность котлоагрегатов. Только в топках и газогенераторах с жидким шлакоудалением легкоплавкость золы является положительным фактором.

Особенно большое значение имеет тугоплавкость золы при сжигании угля в слоевых топках и при газификации угля в слоевых газогенераторах с твердым шлакоуда­лением. Зола с температурой плавления (t3) ниже 1200 °С считается легкоплавкой, с температурой плавления 1200-1350 °С – среднеплавкой и выше 1350 °С – тугоплавкой. Температуру плавления золы угля и сланцев определяют по ГОСТ – 2057-94.

Сущность метода заключается в постепенном нагревании в полувосстановитель­ной газовой среде установленных на огнеупорных пластинках конусов, изготовленных из золы испытуемого угля, и в определении температуры в момент характерного из­менения формы конусов, а именно:

• t1 – температура начала деформации конуса, при которой имеет место округление или наклон вершины конуса;
• t2 – температура размягчения, при которой конус оплавляется в шар или, постепенно сгибаясь, касается вершиной пластинки;
• t3 – температура начала жидкоплавкого состояния, при которой конус растекается по пластинке.

Коэффициент размолоспособности (Кло) ха­рактеризует сопротивляемость топлива размолу и определяется по ГОСТ 15489-70. В основу метода положен закон измельчения хрупких материалов, согласно которому работа, затраченная на измельчение, пропорциональна вновь обнаженной поверхности. Величина Кло показывает, во сколько раз при одинаковой затрате энергии на размол воздушно-сухого топлива вновь обнаженная удельная поверхность испытуемого топлива больше или меньше обнаженной удельной поверхности эталонного топлива при тех же условиях размола.

Сущность метода заключается в размоле в лабораторной фарфоровой шаровой барабанной мельнице пробы воздушно-сухого топлива. Вновь обнаженная поверхность оценивается по полному остатку на сите с отверстиями 90 мк R90, выраженному в процентах. В качестве эталонного применяется топливо, которое при размоле за 624 оборота мельницы дает остаток на сите с отверстиями 90 мк, равный 69,2%, чему соответствует значение Кло = 1.

Коэффициент размолоспособности Кло определяют по формуле:

Кло = 1,96 (1n 100R₉₀)^2/3

где R₉₀ – среднее значение полных остатков на сите 90 мк, %. Коэффициент размолоспособности может быть определен графически.