14.4. 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 (S_el) 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.

14.5. 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%, Печорбасса - до 0,28%. Фосфор относится к вредным примесям, так как из кокса он переходит в чугун и резко 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%.

14.6. 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 Q_S указывает на то, что источником теплоты являются органическая масса топлива и испаряющаяся вода, низшая Q_i - только органическая масса.

Высшая удельная теплота сгорания, ккал/кг,

Q_S=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 Q_i =7000 ккал/кг (29,3 МДк/кг). Калорийный эквивалент Э_к равен отношению низшей удельной теплоты сгорания угля к низшей удельной теплоте сгорания условного топлива.

Удельная теплота сгорания гумолитов /рис.65/ 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.

Рис. 65 - Изменение удельной теплоты сгорания Qs^daf и выхода летучих V^daf для донецких углей различных марок /по С.И. Крыму/: А – антрацит; Т – тощие угли; ПС – первично-спекающиеся, К – коксовые, ПЖ – первично-жирные; Г – газовые; - Д – длиннопламенные угли.