Методы определения коэффициента размолоспособности углей моделируют процессы пылеприготовления на электростанциях.
Коэффициент размолоспособности, как было упомянуто выше, является безразмерной относительной величиной и зависит от выбранных условий определения. При разработке методов определения были сразу унифицированы условия анализа; затем они были стандартизованы.
В России действует метод определения коэффициента размолоспособности по ВТИ, регламентированный в ГОСТ 15489.1–93 «Угли бурые, каменные, антрацит и горючие сланцы. Метод определения коэффициента размолоспособности по ВТИ». Коэффициент размолоспособности в этом методе обозначают символом Kло.
В США для определения коэффициента размолоспособности применяют метод Хардгрова по АSTM D409*.
* Впервые ASTM D409 был введен в США в 1951 г. В настоящее время в США действует ASTM D409-12 с редакционной правкой 2016 г.Этот метод был взят за основу в стандарте ISO 5074:1980 «Каменный уголь. Определение коэффициента размолоспособности по Хардгрову»**.
** В настоящее время действует третье издание ISO 5074:2015 «Hard coal. Determination of Hardgrove grindability index». В результате технического пересмотра второго издания (ISO 5074:1994) в тексте стандарта сохранили только разделы 1–4, а собственно описание метода отсутствует. Для ознакомления с основными положениями (требования к аппаратуре, подготовка пробы, проведение испытания, обработка результатов и их прецизионность) разработчики международного стандарта отсылают к ASTM D409.В России международный стандарт ISO 5074:1980 был напрямую принят в качестве национального стандарта — ГОСТ 15489.2–93 (ИСО 5074–80) «Угли каменные. Метод определения коэффициента размолоспособности по Хардгрову». Коэффициент размолоспособности в этом методе обозначают HGI.
Способ размола топлива с затратой одинакового количества энергии и получением для разных углей различной конечной тонкости помола используется и в методе ВТИ, и в методе Хардгрова. Следовательно, принципы, лежащие в основе этих методов, одинаковы, но конкретные условия приготовления проб, размола и ситового анализа пыли различны, и, в соответствии с этим, получаются разные абсолютные значения Kло и HGI. Так, от твердых углей к мягким значение Kло изменяется в диапазоне от 0,77 до 2,5, а значение HGI — от 30 до 146.
В данном параграфе показаны сходство и отличие методов определения Kло и HGI, а с подробным описанием установок, рассевочных машин и операций можно ознакомиться, обратившись к ГОСТ 15489.1–93 и ГОСТ 15489.2–2018***.
*** ГОСТ 15489.2–2018 содержит основные нормативные положения ISO 5074:2015 и ASTM D409–2012 и имеет статус неэквивалентного стандарта (ISO 5074:2015, NEQ). Действует с 01.06.2019.Сущность методов определения коэффициента размолоспособности состоит в следующем: в лабораторных стандартных установках ВТИ или Хардгрова при определенных условиях размалывают воздушно-сухую пробу угля заданного гранулометрического состава, проводят ситовой анализ продукта размола и определяют коэффициент размолоспособности по градуировочному графику, построенному для данной установки по результатам испытаний стандартных образцов.
Стандартные образцы углей для определения коэффициента размолоспособности по методу ВТИ приготавливают в ОАО «Всероссийский теплотехнический институт». Во ВТИ находится образцовая установка, на которой определяют коэффициенты размолоспособности (Kло) самих стандартных образцов. Градуировку образцовой установки периодически проверяют по эталонному твердому углю (см. § 19.1), имеющему следующие показатели: Kло= 1; R90= 69,2%. Коэффициент размолоспособности образцов углей, испытываемых на такой установке, может быть рассчитан по формуле
ОАО ВТИ производит стандартные образцы со значениями Kло, приблизительно равными 2,0; 1,7; 1,5; 1,4; 1,2; 1,0. С помощью шести стандартных образцов градуируют рабочие установки для проведения испытаний различных топлив. С этой целью для каждой конкретной установки после испытания полного комплекта из шести стандартных образцов строят градуировочный график в координатах Kло — R90.
Стандартные образцы для метода Хардгрова производят в разных странах, использующих этот метод (национальные или вторичные стандартные образцы), но установление значений HGI для этих стандартных образцов необходимо проводить на установке Хардгрова, градуированной с помощью первичных стандартных образцов. Поставщиком первичных стандартных образцов является Государственный университет Пенсильвании (Pennsylvania State University, США). Эталонным углем для метода Хардгрова является мягкий уголь, имеющий следующие показатели: HGI = 100; D75 = 50%. На установках, градуировка которых контролируется эталонным углем, и испытание эталонного угля дает показатели, близкие приведенным выше (в пределах допускаемых расхождений), результаты испытаний других углей могут быть рассчитаны по формуле
HGI = 13 + 1,74 · D75 (19.2) где D75 — проход угля через сито 75 мкм, выраженный в процентах к массе навески угля, подвергнутой испытанию.Для метода Хардгрова приготавливают четыре стандартных образца со значениями HGI, равными приблизительно 40, 60, 80 и 100. Также как и в методе ВТИ, стандартные образцы используют для градуировки рабочих установок Хардгрова для испытания топлив. Для каждой конкретной установки Хардгрова после испытания всех четырех стандартных образцов строят градуировочный график в координатах HGI — m–75, где m–75 — масса угля (г), прошедшего через сито с отверстиями 75 мкм.
В табл. 19.1 приведены основные условия определения Kло и HGI, регламентированные в ГОСТ 15489.1–93 и ГОСТ 15489.2–2018.
Как видно из табл. 19.1, расчет коэффициентов размолоспособности проводят: по методу ВТИ исходя из полного остатка на сите 90 мкм (R90), а по методу Хардгрова — исходя из массы подрешетного продукта сита 75 мкм (m–75).
Из табл. 19.1 можно сделать следующий вывод: при определении коэффициента размолоспособности должны строго соблюдаться регламентированные условия приготовления и размола пробы угля. Исходная, воздушно-сухая проба угля должна быть измельчена так, чтобы ее гранулометрический состав точно соответствовал требуемому узкому интервалу класса крупности.
Сопоставление коэффициентов размолоспособности, определяемых различными методами, показывает возможность пересчета их с одной шкалы на другую. Пересчет величины HGI на шкалу ВТИ можно выполнить по следующей формуле [26]:
Kло = 0,32 + 0,0149 · HGI (19.3)Зависимость между коэффициентами размолоспособности, определенными по методу ВТИ (Kло) и по методу Хардгров (HGI), представлена на рис. 19.1.
Коэффициент размолоспособности, полученный в лаборатории для воздушно-сухого угля определенного зернового состава, может быть пересчитан на рабочее состояние топлива, т.е. на общую влагу рабочего топлива и на другой зерновой состав исходного угля [26].
Коэффициент размолоспособности является одним из основных показателей топлива при расчете пылеприготовительных установок, а также для оценки производительности мельниц и удельного расхода электроэнергии на размол угля.
