ВІКІСТОРІНКА
Навигация:
Інформатика
Історія
Автоматизація
Адміністрування
Антропологія
Архітектура
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Військова наука
Виробництво
Географія
Геологія
Господарство
Демографія
Екологія
Економіка
Електроніка
Енергетика
Журналістика
Кінематографія
Комп'ютеризація
Креслення
Кулінарія
Культура
Культура
Лінгвістика
Література
Лексикологія
Логіка
Маркетинг
Математика
Медицина
Менеджмент
Металургія
Метрологія
Мистецтво
Музика
Наукознавство
Освіта
Охорона Праці
Підприємництво
Педагогіка
Поліграфія
Право
Приладобудування
Програмування
Психологія
Радіозв'язок
Релігія
Риторика
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Статистика
Технології
Торгівля
Транспорт
Фізіологія
Фізика
Філософія
Фінанси
Фармакологія


Оценка петрографического состава

Петрографический состав углей устанавливается процентным содержанием групп микрокомпонентов /витринига, инертинита, липтинита и др./ в пласте угля и раздельно для слагающих его макрокомпонантов /ингредиенты/, различающихся невооруженным глазом по блеску. По показателю отражения витринита в каменных и гуминита в бурых углях определяют степень углефикации /метаморфизма/.

Влажность и влагоемкостъ

Влажность (W) - величина, равная отношению массы общей влаги к массе угля и выражаемая в процентах.

Уголь содержит поверхностную воду, общую, гидратную и пирогенетическую влагу.

Поверхностная, т.е. свободная /гравитационная/ вода, заполняющая трещины и пустоты, удаляется из угля в условиях свободного стока даже при непродолжительном хранении. Общая или рабочая влага (Wtr) включает в себя внешнюю или горную и внутреннюю, или лабораторную.

Внешняя влага (Wex)- некоторая часть свободной воды. Сохранившейся в угле по разным причинам и капиллярная вода, заполняющая поры и тонкие трещины. Она удаляется в результате естественного испарения при хранении твердого топлива. Уголь, лишенный внешней влаги, переходит в воздушно-сухое состояние.

Внутренняя влага (Wh) представляет собой гигроскопическую воду, молекулы которой удерживаются на поверхности минеральной частицы силами электромолекулярного притяжения. От нее избавляются в процессе высушивания пробы при температуре 105-11О °С до постоянной массы. После этого уголь приводится в абсолютно сухое состояние. В таком состоянии он может находиться непродолжительное время, так как при остывании парообразная влага сорбируется топливом из атмосферы.

Гидратная влага WM, которая содержится в минеральных примесях, а также пирогенетическая влага (WK), входящая в органическую массу угля, при температуре 105-110 °С не удаляются и в массовую долю общей влаги не включаются.

Общая влага рабочей массы - один из основных показателей качества угля. Ее массовая доля в торфе достигает 90%, в бурых углях составляет 16-60%, в каменных углях - 4-6%, в антрацитах - 3-8%. Влажность углей снижает теплоту сгорания и термическую стойкость, затрудняет помол, рассев и обогащение, увеличивает продолжительность коксования и стоимость перевозки.

Максимальная влагоемкость угля Wmax характеризует массовую долю влаги в угле в состоянии полного насыщения его водой.

3.3. Зольность. "Соленые" угли

Зольность А - величина, равная отношению/в процентах/ массы твердого негорючего остатка, полученного после сжигания угля в установленных условиях, к массе топлива. Для сопоставления углей, содержащих разное количество минеральных примесей, зольность рассчитывают на сухое (Ad) )или рабочее (Ar ) состояние. Как правило, из угля получают меньше золы, чем было в нем минеральных примесей. Причина заключается в том, чго карбонаты /кальцит, доломит, сидерит и др./, сульфиды /пирит, марказит и др./, глинистые минералы в процессе сжигания углей разлагаются с выделением газов.

В углях выделяют внутреннюю /материнская или конституционная/ и внешнюю /вторичная, или случайная/ золу. Внутренняя зола образуется за счет неорганических компонентов, распределенных в топливе, и практически не удаляется при обогащении углей. Ее массовая доля в чистых разновидностях углей составляет в Донбассе 1,2-7,5%, Кузбассе - 1,9-5,9%, Караганда - 3,4-9,2% и т.д. При доле внутренней золы свыше 50% уголь переходит в углистую породу. Источниками внешней золы являются минеральное вещество, привносимое в торфяник в период накопления растительного материала, минеральные образования в углях, породные прослойки в угольных пластах сложного строения, породы почвы и кровли. Эта группа минеральных примесей может быть удалена при обогащении.

По общей зольности угли подразделяются на малозольные /до 10%/, среднезольные /10-20%/ и высокозольные /свыше 20%/.

Повышение зольности снижает удельную теплоту сгорания угля, отрицательно сказывается на технологии коксования, на качестве кокса и т.д.

Качество углей зависит также и от состава золы. Если среди минеральных примесей присутствуют соединения, содержащие натрий в несиликатной форме /галит NaCl, тенардит Na2SO4 и др./, то при сжигании такого топлива происходит интенсивное шлакование поверхностей нагрева, снижение температуры газов, повышенная коррозия арматуры топок и котлов. Такие угли называют солеными. Они распространены в Тургайском и Нижнеилийском бассейнах бурых углей, в Богдановском и Новомосковском угленосных районах Донбасса.

Сернистость

Сернистость углей S - величина, равная отношению/в процентах/ массы общей серы (S.) к массе угля. В зависимости от массовой доли общей серы угли подразделяются на малосернистые /0,5-1,5%/, средне-сернистые /1,6-2,6%/, сернистые /2,6-4,0%/ и высокосернистые /более 4,0%/. Сернистость углей большинства месторождений колеблется в пределах 0,1-1,5%. Повышенное содержание серы отмечено в донецких, подмосковных и кизеловских углях /до 6%/, весьма высокое - в тургайских и Иркутских/до 12%/.

Общая сера включает в себя неорганическую /сульфидная Sg и сульфатная /, органическую (S0) и элементарную (Sel) серу. Сульфидная /колчеданная/ сера входит в состав минералов /пирит, марказит/ и распространена в углях в виде мелких /доли миллиметра/ вкраплений или крупных /до десятков сантиметров/ конкреций. При сжигании сульфидные минералы разлагаются с выделением сероводорода. Минералы с сульфатной серой /гипс, барит и др./ заполняют маломощные трещинки в угле. Хотя количество такой серы невелико /не более 0,3%/, но при сжигании угля она не улетучивается, переходит в золу и поэтому относится к наиболее вредным примесям. Органическая сера представляет собой составную часть белкового вещества растений, ее массовая доля не превышает 2%. При сжигании угля она сгорает. Элементарная сера присутствует в угле в свободном состоянии /самородная сера/.

Сернистые соединения загрязняют атмосферу, разъедают арматуру топочных устройств. Нелетучая часть серы переходит в кокс, при доменной плавке образует в чугуне включения сернистого железа. На ее удаление из металла требуется дополнительный расход флюсов и кокса.

Мероприятия по борьбе с повышенной сернистостью углей - улавливание серы /сероочистка/, рассредоточение высокосернистых углей по мелким предприятиям, шихтование с малосернистыми углями и др.

Фосфор

Фосфор (Р) находится в составе минеральной и органической массы твердого топлива. Его массовая доля в углях Донбасса составляет 0,001-0.02%, Кузбасса - 0,001-0,12%, Пачорбасса - до 0,28%. Фосфор относится к вредным примесям, так как из кокса он переходит в чугун и разко снижает качество получаемого металла. При энергетическом использовании топлива содержание фосфора не лимитируется. В антрацитах, используемых для получения карбида кальция, доля фосфора не должна быть выше 0,05%, для специальных сортов кокса - не выше 0,012%.

Удельная теплота сгорания

Удельная теплота сгорания (Q) - величина, равная отношению количества теплоты, выделяющейся при полном сгорании угля в калориметрической бомбе в среде сжатого кислорода при определенных условиях, к массе этого угля. Данную величину выражают в мегаджоулях на килограмм (МДж/кг) или в килокалориях на килограмм (ккал/кг), причем 1 МДж = 238,8 ккал.

В калориметрической бомбе источником теплоты помимо органической массы топлива, содержащей углерод и водород, являются также сера, азот и вода. Теплота от серы и азота обусловлена образованием и растворением в воде серной и азотной кислот, от воды - испарением. При сжигании угля в обычных условиях /топка, печь и т.д./ азот и сера улетучиваются в атмосферу и кислот не образуют.

В зависимости от природы тепла при сжигании угля различают высшую и низшую удельную теплоту сгорания. Высшая удельная теплота сгорания QS указывает на то, что источником теплоты являются органическая масса топлива и испаряющаяся вода, низшая Qi - только органическая масса.

Высшая удельная теплота сгорания, ккал/кг,

QS=81 C + 310 H – 26 (O – S),

где С, O, H, S - массовая доля соответственно углерода, кислорода, водорода и серы, %.

Для сравнения удельной теплоты сгорания углей разного качества и из различных месторождений введены понятия "условное топливо" и "калорийный эквивалент". Условным называется топливо c низшей удельной теплотой сгорания Qi =7000 ккал/кг (29,3 МДк/кг). Калорийный эквивалент Эк равен отношению низшей удельной теплоты сгорания угля к низшей удальной теплоте сгорания условного топлива.

Удельная теплота сгорания гумолитов /рис.7./ с ростом степени метаморфизма увеличивается /торф— 5000-5700 ккал/кг, бурый уголь -6100-7800 ккал/кг, каменный уголь - 7300-8800 ккал/кг, антрацит -8000-8500 ккал/кг/. Тепловой эффект при сгорании сапропелитов за счет избытка водорода более высок, чем у гумолитов.


Элементный состав

Элементный состав характеризуется массовой долей /в процентах/ химических элементов, слагающих уголь. Основные углеобразующие химические элементы - углерод, водород, кислород, азот и сера. В углях, предназначенных для коксования, дополнительно определяется массовая доля фосфора.

Элементный состав позволяет судить о природном типе и степени метаморфизма угля, определить теоретическую температуру горения и состав продуктов сгорания, удельную теплоту сгорания и др.

В табл.3.1 приведены характеристики элементного состава и некоторых технологических свойств разных видов угля.

На рис.8 показано изменение элементного состава, выхода летучих Vdaf и отражательной способности витринита R0- для разных видов топлива.

Углерод - основной элемент, определяющий теплоту сгорания угля. В металлургическом процессе он является восстановителем руды и источником энергии. Его массовая доля зависит от вида угля /среди гумолитов в торфе - 55-60%, буром угле - 63-77%, каменном угле - 74-92%, антраците - 89-97%/, от состава и особенностей биохимического разложения исходного растительного вещества /при той же степени метаморфизма доля элемента в фюзеновых и дюреновых углях выше, чем в клареновых/.

Таблица 3.1 - Элементный состав и технологические свойства разных видов углей

Вид угля Элементный состав, % Технологические свойства
Cdaf Hdaf Odaf Ndaf Wr, % Vdaf, % QSdaf, ккал/кг (МДж/кг)
Бурый 63,0-77,0 4,0-6,3 16,0-28,0 0,7-1,4 17,0-58,0 10,0-60,0 6100-7800 (25,5-32,6)
Каменный (Д-Ж) 74,0-87,0 5,0-5,9 5,0-16,0 1,0-2,0 4,0-16,0 30,0-50,0 7300-8550 (30,6-35,8)
Каменный (К-Т) 87,0-92,0 3,7-5,1 2,0-6,0 1,1-2,0 3,0-6,0 8,0-30,0 8250-8800 (34,5-36,8)
Антрацит 89,0-97,0 1,0-3,7 1,0-2,0 1,0-1,5 5,0-8,0 2,0-8,0 8000-8500 (33,5-35,6)

 

Водород в несвязанной с кислородом форме также является источником теплоты и при сгорании дает ее в 4,2 раза больше, чем углерод. Доля элемента определяется составом исходного вещества /в гумитах -1,0-6,5 %, в липтобиолитах - 6-9%, в сапропелитах - 7-11 %/ и степенью метаморфизма /среди гумолитов в торфе - 4,6-6,5 %, буром угле - 4,0-6,3 %, каменном угле-3,7-5,1 %, антраците-1,0-3,7 %/.

Кислород и азот— балластные компоненты топлива.

Доля кислорода, в гумолитах снижается с увеличением степени метаморфизма.

Азот при коксовании дает целый ряд ценных соединений.

Летучие вещества

Летучие вещества (V) - смесь паро- и газообразных веществ, отделяющихся при нагревании угля до 850°С без доступа воздуха в установленных стандартом условиях. Летучие компоненты представлены первичным дегтем /бурый уголь/ или каменноугольной смолой /каменный уголь/, газами /СO2, СО, H, NH3, легкие углеводороды - метан СH4 , этан C2H6 и др./ и водой. Выход отделяющихся летучих веществ зависит от состава и степени углефикации органической массы. В гумолитах выход летучих составляет: в бурых углях 10-60%: в каменных - 8-50 %; в антрацитах - 2-8 %. Особенно четкие различия в значении этого показателя характерны для средних стадий углефикации /марки ГЖ - ОС/, в которых Vdaf изменяется от 10 до 36 %. На одинаковых стадиях углефикации наибольший выход летучих дают угли, сложенные липтинитом, наименьший— сложенные инертинитом. Максимальные значения Vdaf /до 80%/ отмечены у сапропелитов и липтобиолитов. Для снижения погрешности в оценке выхода летучих, обусловленной неорганической примесью /сульфиды, карбонаты и др./, определение этого показателя выполняется в топливе с зольностью не более 10%.

Рис.8
3.9. Спекаемость

При нагревании измельченного угля без доступа воздуха после ухода летучих веществ остается твердый остаток или королек, внешний вид которого зависит от степени углефикации топлива. Порошкообразный твердый остаток дают бурые угли и антрациты, слабоспекшийся - длиннопламенные и тощие каменные угли, спекшийся /несплавленный и сплавленный/ - газовые спекшиеся угли. Сплавленный остаток называется коксом и характеризует особенно ценную группу коксующихся углей, пригодных для использования в металлургическом производстве. В процессе коксования уголь переходит в пластическое состояние, при котором отдельные сохранившиеся зерна связываются или спекаются в однородную массу.

Количественная оценка спекаемости устанавливается пластометрическим методом, определанием показателей /индексов/ РОГА и свободного вспучивания.

Пластомегрический метод позволяет установить числовое значение усадки Х и толщины пластического слоя Y в миллиметрах. Усадка образца происходит в результате уменьшения объема угля, связанного с выделением газообразных продуктов и измеряется от первоначальной высоты угольной загрузки. Толщина пластического слоя - мощность части пробы угля, находящейся в пластическом состоянии, - определяется путем прокалывания иглой.

Показатель РОГА RI отражает механическую прочность нелегучего остатка. Жирные, коксовые жирные и коксовые угли характеризуются показателем РОГА более 45, газовые, газовые жирные отощенные, газовые жирные и коксовые отощенные, коксовые слабоспекающиеоя и отощеннные спекающиеся - 20-45, остальные - 5-20; показатель РОГА антрацита близок к нулю.

Показатель /индекс/ свободного вспучивания SI определяется сравнением контура нелетучего остатка, полученного при быстром нагревании угля в тигле при установленных стандартом условиях, с контуром стандартных образцов /рис.9/. Номер стандартного образца, соответстующий среднему из пяти определений профилю нелетучего остатка, полученного из испытуемого угля, обозначает показатель /индекс/ вспучивания. Показатель SI используется в международной классификации углей

 
 


З.10. Коксуемость

Кокс /К/ - остаточный продукт высокотемпературного разложения каменного угля определенного состава или смесей /шихты/ углей. Коксуемостью углей называется свойство измельченного угля спекаться с последующим образованием кокса с установленной крупностью и прочностью кусков. Коксуемость углей определяется при опытном коксовании в лабораторных или полузаводских условиях. В лаборатории устанавливают дилатометрические показатели и тип кокса по системе Грей-Кинга.

Дилатометрические исследования выполняются в процессе нагревания порошкообразного угля в узкой калиброванной трубке, снабженной поршнем /дилатометр/. В процессе изменения температуры нагрева отмечаются сжатие «a» и расширение «b» угля. Коксующая способность - показатель максимального расширения /вспучивания/ угля.

Тип кокса по системе Грей-Кинга(GK) устанавливается сравнением кокса, полученного из угля с инертным материалом при медленном нагревании в установленных стандартом условиях, с эталонной шкалой типов кокса, обозначаемых буквами латинского алфавита. Упрощенная эталонная шкала типов кокса: /A - порошкообразный, B - слегка спекшийся; Д -умеренно твердый /при трении окрашивает пальцы/, матовый и черный; E - сильно растрескавшийся твердый /при трении не окрашивает рук/, серый или черный, с легким блеском; F - твердый, прочный/при трении не окрашивает рук/, излом серый с сильно оплавленной поверхностью; G - твердый, прочный, издает отчетливый металлический звук; G1 -слегка вспученный; G2 - умеренно вспученный; G3 - сильно вспученный.

Показатель максимального расширения /вспучивания/ и тип кокса по системе Грей-Кинга используются в международной системе классификации каменных углей.

Выход смолы

Выход смолы полукоксования угля TSK представляет собой отношение массы жидких продуктов разложения угля, нагреваемого без доступа воздуха при температуре 50С-600 °0 в установленных стандартом условиях, к массе этого угля. Указанный показатель используется при оценке качества и в промышленных классификациях бурых углей.

 

© 2013 wikipage.com.ua - Дякуємо за посилання на wikipage.com.ua | Контакти