Представление о безопасности угольной продукции

Угольная продукция относится к объектам технического регулирования. В соответствии с Федеральным законом «О техническом регулировании» в систему технического регулирования входят технические регламенты, в которых сформулированы обязательные требования к объектам технического регулирования. Обязательными требованиями являются требования по безопасности. Эти требования должны обеспечить, прежде всего, безопасность жизни и здоровья людей и охрану окружающей среды.

В настоящее время технические регламенты на угольную продукцию еще не разработаны, поэтому обязательное декларирование угольной продукции проводится на соответствие требованиям национальных стандартов. Среди этих требований обязательными являются требования по безопасности угольной продукции, регламентированные в ГОСТ Р 51591—2000 «Угли бурые, каменные, антрацит. Общие технические требования». Этот стандарт устанавливает «показатели качества, характеризующие безопасность продукции и подлежащие обязательному включению в документацию, по которой изготовляется продукция».

Первое обязательное требование для подтверждения соответствия — установление марки (и технологической группы) угля по ГОСТ 25543—88. К показателям качества, характеризующим безопасность угольной продукции, относятся:

• зольность, Ad;
• массовая доля общей серы, S_t^d;
• массовая доля хлора, Cl^d;
• массовая доля мышьяка, As^d.

Таблица. Нормы показателей качества, характеризующих безопасность угольной продукции (ГОСТ Р 51591—2000).

^* Соответствует 200 ppm.

Зольность — показатель безопасности углей

Угли всегда содержат негорючие минеральные примеси, в состав которых входят карбонаты кальция СаСОз, магния MgC03, гипс CaS04-2H20, колчедан FeS2, редкие элементы. При сжигании угля несгоревшая часть минеральных примесей образует золу, которая в зависимости от ее состава, может быть тугоплавкой или лег­коплавкой, сыпучей или сплавленной. Минеральные примеси ухудшают качество углей, уменьшают теплоту сгорания, загружают транспорт перевозкой лишнего балласта, повышают расход угля на едини­цу вырабатываемой продукции, усложняют условия использования и ухудшают качество кокса.

Минеральные примеси не всегда являются балластом, иногда в них содержатся редкие элементы в количествах, позволяющих их промышленное использование. Кроме того, шлак может быть использован для производства цемента и других строительных материалов.

Зольность углей определяют по ГОСТ 11022-95. Сущность метода заключается в озолении навески топлива в муфеле и прокаливании зольного остатка до постоянной массы при температуре 800-825 °С для углей и 850-875 °С для горючих сланцев и определении массы зольного остатка в процентах к массе навески топлива. Зольность, полученная в результате анализа аналитической пробы, пересчитывается на зольность в абсолютно сухом топливе Ас.

Зольность рабочего топлива Ар в процентах вычисляют по формуле:

Ар =Ас(100-Wр)/100

Определение зольности ускоренным методом производится по ГОСТ 11022-695. Его сущность заключается в озолении навески угля в муфеле, нагретом до температуры 850-875±25°С, и определении массы зольного остатка в процентах к массе навески.

Расхождения между результатами определения зольности Лс по дубликатам од­ной лабораторной пробы в разных лабораториях по указанным ГОСТам не должны превышать:

для топлива с зольностью:

• до 12%... 0,3%
• от 12 до 25%... 0,5%
• свыше 25%... 0,7%
• свыше 40%... 1,0%

Техническими условиями и ГОСТами устанавливаются средние и предельные (браковочные) нормы зольности для различных марок и классов угля по отдельным шахтам, разрезам и обогатительным фабрикам.

Содержание серы — показатель безопасности углей

Общая сера, содержащаяся в углях, состоит из колчеданной Sк, суль­фатной Sc, и органической Sо серы. Колчеданная сера встречается в углях в виде отдельных зерен и крупных кусков минералов пирита и марказита. При выветривании угля в шахтах, разрезах и на поверхности колчедан окисля­ется и образует сульфаты. Сульфатная сера содержится в углях, главным образом в виде сульфатов железа FeS04 и кальция CaS04. Содержание сульфатной серы в углях обычно не пре­вышает 0,1-0,2%. При сжигании сульфатная сера переходит в золу, а при коксовании углей – в кокс. Органическая сера входит в состав органической массы угля. Содержание общей серы и ее разновидной в топливе определяют по ГОСТ 8606-93.

Сера содержится во всех видах твердого топлива, причем содержание общей серы в углях колеблется в основном от 0,2 до 10%.

Сера – нежелательная и даже вредная часть топлива. При сжигании угля она выделяется в виде SO2, загрязняя и отравляя окружающую среду и корродируя металлические поверхности, уменьшает теплоту сгорания топлив, а при коксовании переходит, ухудшая его свойства и качество металла. Выбор путей использования углей часто зависит от содержания в них общей серы. Именно поэтому общая сера – важнейший показатель качества углей.

Содержание общей серы определяют сжиганием навески топлива со смесью окиси магния и углекислого натрия (смесь Эшка), растворением образовавшихся сульфатов, осаждением сульфат-иона в виде сернокислого бария, определением массы последнего и пересчетом его на массу серы. Содержание сульфатной серы определяют растворением сульфатов, содержащихся в топливе, в дистиллированной воде, осаждением сульфат-иона в виде сернокислого бария, определением массы последнего и пересчетом его на массу серы. Содержание колчеданной серы определяют обработкой пробы топлива разбав­ленной азотной кислотой и растворением в ней сульфатов, образовавшихся при окисле­нии колчедана азотной кислотой с последующим осаждением сульфат-иона в виде сернокислого бария, определением массы последнего и пересчетом его на массу серы. Со­держание колчеданной серы определяется по разности между содержанием серы, извлекаемой из топлива азотной кислотой, и водой.

Расхождения между результатами двух параллельных определений содержания серы в одной лаборатории не должны превышать: для угля с содержанием серы до 2% – 0,05%, свыше 2% – 0,1%. Расхождения между результатами определения содержания серы по дубликатам одной лабораторной пробы в разных лабораториях не должны превышать: для угля с содержанием серы до 2% – 0,1%, свыше 2% – 0,2%. Содержание серы ускоренным методом определяют по ГОСТ 2059-54.

Сущность этого метода заключается в сжигании невески угля в струе кислорода или воздуха при температуре 1150±50 °С, улавливании образовавшихся сернистых соединений раство­ром перекиси водорода и определении объема полученной в растворе серной кислоты титрованием ее раствором едкого кали. Расхождения между результатами двух параллельных определений содержания серы одной пробы для одной лаборатории не должны превышать 0,1%, для разных лабораторий – 0,2%.

Содержание хлора — показатель безопасности углей

Содержание хлора в углях колеблется, в основном, в пределах от 0,015 до 0,15%. Значительно большее количество хлора найдено в так называемых соленых углях (бурых и длиннопламенных). Концентрация хлора в этих углях достигает 1% и выше [17]. Основное количество хлора находится в водорастворимой форме, по-видимому, в составе NaCl, хотя во многих случаях зависимость между содержанием хлора и натрия не обнаружена. Хлор содержится также в сорбированном виде в органической массе углей.

Хлор в углях относится к числу промышленно вредных элементов, вызывающих коррозию аппаратуры при энергетическом и технологическом использовании углей. Сжигание углей при содержании хлора более 0,3% крайне затруднительно. Отмечено влияние хлора на аппаратуру и на состав получающихся продуктов при коксовании. При содержании менее 0,015% хлор практического влияния на окружающую среду и аппаратуру не оказывает (фоновое содержание).

Содержание мышьяка — показатель безопасности углей

Концентрация мышьяка в углях изменяется в широких пределах — от 0,3 до 8000 г/т сухого топлива; в среднем содержание мышьяка колеблется от 10 до 250 г/т (10-250 ppm). Мышьяк в углях находится в составе органических соединений, а также в составе пиритов и марказитов. Мышьяк является токсичным элементом, загрязняющим окружающую среду при сжигании угля, и технологически вредным элементом при производстве кокса.

При сжигании углей на ТЭЦ содержащийся в них мышьяк образует ортоарсенаты, летящие с дымовыми газами и частично оседающие на частицах летучей золы и поверхностях нагрева в виде A1AS04, вызывая коррозию последних.

При сжигании углей на ТЭЦ содержащийся в них мышьяк образует ортоарсенаты, летящие с дымовыми газами и частично оседающие на частицах летучей золы и поверхностях нагрева в виде A1AS04, вызывая коррозию последних. При коксовании углей мышьяк частично летит с отходящими газами и конденсируется в жидких продуктах переработки, а частично остается в коксе. Среднее содержание мышьяка в коксе — 18 ppm. Ограничения по содержанию мышьяка в коксе связаны с требованиями к качеству высокопрочных сталей. В подавляющем большинстве изученных до сих пор твердых горючих ископаемых содержание мышьяка ниже тех значений, при которых образуются недопустимо высокие количества токсичных соединений в продуктах переработки твердых топлив.

Источник: Стандартные методы испытания углей. Классификации углей. И.В. Авгушевич, Т.М. Броновец, Г.С. Головин, Е.И. Сидорук, Л.В. Шуляковская.

Перейти в «Показатели технического анализа»