Slon16: определение зольности топлива в лаборатории
«Зола честная, только когда тигель дважды подряд лёг на весы с разницей не больше миллиграмма. До этого на бланке не результат, а надежда.»
Справочник Slon16.cc по зольности твёрдого и жидкого топлива: режимы озоления, требования к пробе, пересчёт между состояниями и сроки анализа по ГОСТ Р 55661-2013 и смежным стандартам.
Нормы ГОСТ Р 55661 для определения зольности: главные значения
Зольность — масса несгораемого остатка, полученного в стандартных условиях, в процентах от массы навески. Обозначается буквой A с индексом состояния топлива.
В справочнике Slon16 собраны значения, которые чаще всего сверяют при приёмке партии угля и при проверке лаборатории. Стандарт распространяется на лигниты, бурые и каменные угли, антрациты, горючие сланцы, брикеты, кокс и термоантрацит.
- Температура озоления угля, антрацита, кокса, сланца
- 815 ± 10 °C
- Масса навески аналитической пробы
- ≈ 1 г
- Максимальная крупность частиц пробы
- 212 мкм
- Толщина слоя топлива в тигле или лодочке
- ≤ 0,15 г/см²
- Прокалка давно не использованных тиглей
- 15 мин при 815 °C
- Выдержка у дверцы при ускоренном методе
- 3 мин уголь, 5 мин сланец
- Скорость подачи пластины с тиглями в горячую зону
- 2 см/мин
- Постоянство массы при контрольном прокаливании
- ≤ 0,001 г
- Сходимость параллелей при A < 10 %
- 0,2 % абс.
- Сходимость параллелей при A ≥ 10 %
- 2 % от среднего
- Твёрдое биотопливо, ГОСТ Р 54185-2010
- 550 ± 10 °C
- Нефть и нефтепродукты, ГОСТ 1461-75
- 775 ± 25 °C
Первоисточники: ГОСТ Р 55661-2013 (ИСО 1171:2010) с Изменением № 1; ГОСТ 11022-95; ГОСТ Р 54185-2010 (EN 14775:2009); ГОСТ 1461-75. Отбор и подготовка пробы — по ГОСТ 10742, для кокса и термоантрацита — по ГОСТ 23083.
Муфельная печь на 815 °C: предосторожности до первой навески
- Тигель после муфеля несколько минут выглядит холодным, а держит сотни градусов. Берут только тигельными щипцами и ставят на жаропрочную плиту.
- Сначала 10 минут остывания на толстой металлической плите, потом эксикатор. Раскалённая посуда в закрытом эксикаторе даёт разрежение: крышка прикипает, фарфор может треснуть.
- Горючие сланцы и сернистые угли при озолении выделяют дым и оксиды серы. Печь стоит под вытяжкой, дверцу открывают сбоку, в очках или щитке.
- Корпус заземлён, термопара поверена по ГОСТ 6616. Регулятор уходит от 815 °C больше чем на 10 градусов — серия бракуется, работа встаёт.
Точка остановки: нагреватель, термопару и терморегулятор муфеля лаборант не чинит. Печь обесточивают, вешают табличку и вызывают электрика или сервис производителя. Если результат пойдёт в спор с поставщиком, анализ отдают аккредитованной лаборатории, а договор — юристу.
Под муфелем: медленное озоление угля по минутам
Медленный режим по ГОСТ Р 55661 — арбитражный. Его выбирают при разногласиях в оценке зольности и для породных прослоек.
Он дольше ускоренного, зато сера из сульфидов успевает уйти до разложения карбонатов и меньше остаётся в золе в виде сульфатов. От этого зависит, совпадёт ли число у вас и у лаборатории покупателя.
- за 15 мин
Прокалка тигля перед навеской
Кварцевые или фарфоровые тигли, долго стоявшие без дела, держат 15 минут при 815 °C, остужают и взвешивают с точностью до 0,1 мг.
- 0 мин
Навеска и толщина слоя в тигле
Около 1 г аналитической пробы крупностью до 212 мкм распределяют ровно, не толще 0,15 г на квадратный сантиметр дна. Толстый слой прогорает не до конца, на золе остаются чёрные точки недожога.
- 0–60 мин
Подъём температуры муфеля до 500 °C
Тигель ставят в холодную печь, поднимают температуру до 500 °C за полчаса–час и держат 30 минут. Летучие уходят без вспышки, проба не выбрасывается из тигля.
- +60 мин
Озоление при 815 ± 10 °C
Нагрев до рабочей температуры и выдержка не меньше 60 минут. Дверцу не открывают: холодный воздух сбивает температуру рабочей зоны на десятки градусов.
- +10 мин
Остывание тигля и первое взвешивание золы
10 минут на плите, затем эксикатор до комнатной температуры и весы. Горячая посуда создаёт над чашкой конвекцию, и масса читается ниже реальной.
- по 15 мин
Контрольное прокаливание до постоянной массы
Прокаливания по 15 минут повторяют, пока масса не перестанет меняться больше чем на 0,001 г. Результат — среднее двух параллельных определений.
Ускоренный вариант идёт в разогретой печи: по ГОСТ 11022-95 пластину с тиглями держат у дверцы 3 минуты для угля и 5 минут для сланца, затем вдвигают в зону постоянной температуры со скоростью 2 см в минуту. В ответах некоторых экспертов встречается 850 °C, но стандарт требует 815 ± 10 °C, и лишние 35 градусов сдвигают результат для карбонатных углей.
Калькулятор зольности Slon16: Aa, Ad и Ar по массам тигля
Три взвешивания дают зольность аналитической пробы, а две влаги переводят её в числа для паспорта качества и договора поставки.
Aa = (m3 − m1) ÷ (m2 − m1) × 100
Ad = Aa × 100 ÷ (100 − Wa)
Ar = Ad × (100 − Wr) ÷ 100
m1 — пустой прокалённый тигель, m2 — тигель с навеской, m3 — тигель с золой после постоянства массы. Wa — аналитическая влага, Wr — общая влага рабочего топлива.
Где ошибаются в расчёте зольности угля
Чаще всего путают Aa и Ad: лаборатория выдала зольность аналитической пробы, в договоре стоит сухое состояние, и разница в 0,2–0,4 % превращается в претензию. Вторая ошибка — подставить общую влагу Wr вместо Wa при пересчёте на сухое. Третья — сравнивать параллели в граммах, а не в процентах.
Состояния топлива при пересчёте зольности: a, d, r и daf
Индексы состояний закреплены ГОСТ 27313-95, коэффициенты совпадают с ИСО 1170 и ASTM D3180. Зола в пересчёте живёт в трёх состояниях, четвёртое для неё нулевое.
Пример из практики: Aa = 12,40 % при Wa = 1,8 % даёт Ad = 12,63 %. При общей влаге 9,5 % на рабочее состояние выходит Ar = 11,43 %.
Балласт топлива считают как сумму Ar и Wr — в примере это 20,93 % массы, которые не горят. В сухое беззольное состояние daf пересчитывают летучие и теплоту сгорания, а для самой золы оно по определению нулевое.
Зольность угля, сланца, торфа, мазута и пеллет: типичные диапазоны
Одна печь и один тигель не делают методики универсальной: у биотоплива и нефтепродуктов своя температура и свой стандарт.
Угли и антрацит
815 ± 10 °C, ГОСТ Р 55661. Для энергетики зольность ниже 25 % считается рабочим ориентиром.
Горючие сланцы
815 ± 10 °C, при ускоренном методе 5 минут у дверцы вместо 3.
Топливный торф
Разброс зависит от залежи: верховой торф беднее минеральными веществами, чем низинный.
Мазут
775 ± 25 °C по ГОСТ 1461-75, навеска больше, чем у угля, потому что золы мало.
Древесное топливо
550 ± 10 °C по ГОСТ Р 54185-2010: при 815 °C часть солей калия улетучивается.
Пеллеты A1, A2, B
Предельная зольность на сухое состояние по ГОСТ 33103.2-2017 (ISO 17225-2).
Масса золы не равна массе минеральных веществ. При нагреве карбонаты теряют CO₂, глины — воду, сульфиды окисляются; окисление железа(II) и сульфатизация, наоборот, добавляют массу.
Поэтому органическую часть при зольности до 9 % прикидывают как 100 − A, а в интервале 9–35 % — как 100 − 1,12A. Выше 40 % такие соотношения работают только внутри одного месторождения.
ГОСТ 11022-95 и ГОСТ Р 55661-2013: что изменилось в определении зольности
Было: ГОСТ 11022-95
- Межгосударственный стандарт, на него до сих пор ссылаются старые договоры и ТУ.
- 815 ± 10 °C для каменных и бурых углей, лигнитов, антрацитов.
- Ускоренный режим расписан детально: 3 или 5 минут у дверцы, подача 2 см/мин.
- Прямо оговорено, что сера в золе зависит от условий озоления.
Стало: ГОСТ Р 55661-2013 (ИСО 1171:2010)
- Модифицированный перевод ISO 1171:2010, действует с Изменением № 1.
- Медленное озоление прямо названо арбитражным методом.
- Ограничена толщина слоя: не больше 0,15 г/см².
- Аналитическая проба — до 212 мкм, влага в ней по ГОСТ 33503-2015.
Ответственность, если зольность партии не совпала с договором
Какой стандарт применять, решает договор: если там указан ГОСТ 11022-95, лаборатория работает по нему, даже имея на руках ГОСТ Р 55661. Фактическая Ad выше договорной означает товар ненадлежащего качества, и покупатель вправе требовать соразмерного уменьшения цены или замены по статьям 475 и 518 ГК РФ.
Весомым протокол делает аккредитация лаборатории в национальной системе по закону 412-ФЗ и акт отбора проб с подписями обеих сторон. При споре пробу делят на три части — лаборатории, суду и второй стороне — и опечатывают каждую. Претензию по партии в десятки тонн готовят вместе с юристом.
Пробоподготовка угля к анализу зольности: чек-лист перед сдачей
Ошибку пробы не исправит ни одна муфельная печь. Большая часть споров о зольности начинается на складе, а не в лаборатории.
- Не меньше 10 точечных проб из разных мест вагона или кузова, а не только с верха, где лежит чистый уголь.
- Объединённую пробу сокращают квартованием примерно до 1 кг.
- Дробление до 3 мм, затем истирание до прохождения через сито 212 мкм.
- Аналитическую пробу доводят до воздушно-сухого состояния и сразу определяют Wa.
- Тара герметичная, хранение не дольше 3 месяцев: уголь окисляется и меняет свойства.
- Проба меньше 200 г не даёт честно сократить материал — лаборатория сделает усечённый анализ или откажет.
- К пробе прикладывают акт отбора, паспорт поставщика и договор с нормой зольности.
Сроки и стоимость анализа зольности в лаборатории
Одно определение зольности крупные лаборатории выполняют примерно за 3 рабочих дня; технический анализ с влагой, летучими и серой занимает 5–10 рабочих дней. Базовый пакет стоит от 12 000 ₽, расширенный около 24 000 ₽, полный с элементным составом до 38 000 ₽.
Срочность обычно добавляет 50 %, выезд пробоотборщика — от 10 000 ₽. Везут от 0,5 кг, для полного анализа просят 5–10 кг. На выходе протокол испытаний и паспорт качества на партию.
Вопросы о зольности топлива: отвечает Slon16
Для каменных и бурых углей, лигнита, антрацита, кокса и горючих сланцев муфель держат при 815 ± 10 °C по ГОСТ Р 55661-2013 и ГОСТ 11022-95. Пеллеты и древесину озоляют при 550 °C, нефтепродукты при 775 ± 25 °C. Справочник Slon16 приводит эти значения со ссылками на стандарты.
Медленное начинают в холодной печи, выдерживают при 500 °C и затем не менее 60 минут при 815 °C. Оно арбитражное: его применяют при разногласиях и для породных прослоек. Ускоренное идёт в уже нагретой печи с выдержкой у дверцы 3 минуты для угля и 5 минут для сланца.
Aa относится к аналитической пробе, в которой осталась влага Wa. На сухое состояние пересчитывают так: Ad = Aa × 100 / (100 − Wa). Калькулятор Slon16 cc на этой странице делает пересчёт по трём взвешиваниям тигля.
Минимум около 0,5 кг, для полного технического анализа обычно просят 5–10 кг. Одну зольность крупные лаборатории делают примерно за 3 рабочих дня, технический анализ занимает 5–10 рабочих дней.
При зольности меньше 10 % расхождение двух параллелей не должно превышать 0,2 % абсолютных, при 10 % и выше 2 % от среднего значения. Если предел превышен, определение повторяют на новых навесках.
Slon16cc — справочная страница Slon16.cc о лабораторном анализе топлива. В протоколе, претензии и суде ссылаются на сам стандарт с номером и редакцией, а справочник помогает быстро найти нужное значение и пересчитать зольность.