4.2 Исследования по термоподготовке канско-ачинских углей в слоевом реакторе

Термообработку угольных проб проводили на специально смонтированной лабораторной установке в цилиндрической печи после продувки реторты с пробой измельченного топлива аргоном (рис. 4.5).

При проведении опытов с березовским углем различной степени окисленности решалась задача возможности применения термоподготовки топлива как способа по повышению эффективности использования окисленных и рядовых канско-ачинских углей и вовлечению в ТЭБ России огромнейших запасов забалансовых сажистых углей (табл. 4.1).

Термическая обработка проб угля различной степени окисленности приводит к значительным изменениям в составе и свойствах твердых остатков, которые заключаются в уменьшении выхода летучих веществ V^daf и содержания кислорода (рис. 4.6), в увеличении калорийности остаточных летучих веществ Q_лет и калорийности твердых остатков (рис. 4.7).

Таблица 4.1

Техническая характеристика березовских углей

№п/п	Зона окисле- ния	Сте- пень окисле-нности, %	, %	Аd, %	%	, кДж/кг	, %
1	Верхняя сажистый)	88	17	17,8	26,56	22918	67,78
2	Средняя (окислен- ный)	63	4,2	11,6	24,49	25157	39,5
3	Нижняя (рядовой)	30	3,9	6,7	22,92	26330	28,3

Эти изменения в составе и свойствах твердых продуктов термообработки напрямую связаны с удалением из угля как влаги, так и низкокалорийной части летучих веществ, основными компонентами которых являются диоксид углерода и вода.

Причем максимальный выход воды дают пробы сажистого угля, для которого характерны наибольшие значения гигроскопической влаги и выхода гуминовых кислот. Выделение связанной влаги из этих проб идет интенсивнее, чем из менее окисленных во всех исследованных диапазонах температур. Таким образом, полученные данные соответствуют выводам, изложенным в работе [198], где отмечается, что источником химически связанной влаги бурых углей являются в основном гуминовые кислоты. Наиболее существенно улучшаются качества топлива при нагревании сажистого угля. При этом зольность угля увеличивается незначительно и при температуре термообработки до 300 С прирост зольности топлива А^d не превышает 1,5 %.

Наличие максимума значений V^daf и (рис. 4.6) и провала значений Q·10²/кДж/кг (рис. 4.7) при t  150 C свидетельствует о протекании реакции низкотемпературного окисления, что хорошо согласуется с литературными данными [199].

Состав и свойства образующихся газообразных и твердых продуктов находятся в прямой зависимости от степени окисленности угля и температуры его обработки. При увеличении степени окисленности возрастает количество и интенсивность выделения газообразных продуктов термодеструкции угля и связанной влаги в интервале температур от 100 до 300 С.

При этом газ термического разложения на 70 – 95 % (в зависимости от степени окисленности и температуры обработки) состоит из углекислого газа и небольшого количества оксида углерода (рис. 4.4). На долю метана и водорода приходится менее 0,1 % [199-200]. Высокие значения оксида углерода в сухом газе термического разложения проб березового угля со степенью окисленности менее 63 %, прошедших термообработку при 150 С, являются следствием значительного доокисления этих проб, чего нельзя сказать о пробах сильноокисленного угля, каковым является сажистый березовый уголь.

Рисунок 4.6 – Изменение выхода остаточных летучих веществ (а) и содержания кислорода (б) в зависимости от температуры нагрева:  – степень окисленности 88 % (сажа); ▲ – степень окисленности 63 %; х – степень окисленности 30 %

При более высоких температурах (более 150 С) процесс термодеструкции угольного вещества усиливается, и поры малоокисленных проб угля заполняются продуктами термолиза, что приводит к резкому снижению концентрации оксида углерода при температурах порядка 200 С

Рисунок 4.7 – Изменение теплоты сгорания остаточных летучих веществ (а) и твердых остатков (б) в зависимости от температуры нагрева: – степень окисленности 88 % (сажа); ▲ – степень окисленности 63 %; х – степень окисленности 30 %

При увеличении температуры термообработки глубина термодеструкции органической части возрастает, одновременно изменяется в сторону повышения концентрация оксида углерода в газе термического разложения.

Таким образом, в результате проведенных исследований впервые выявлены особенности поведения березовских углей КАбасса различной степени окисленности в процессе термического воздействия на них.

Рисунок 4.8 – Изменение содержания углекислого газа (а) и оксида углерода (б) в сухом газе термического разложения проб березовского угля различной степени окисленности в зависимости от температуры нагрева:  – степень окисленности 88 % (сажа); ▲ – степень окисленности 63 %; х – степень окисленности 30 %

Установлено, что термоподготовка является эффективным способом повышения теплотехнических показателей окисленных и сажистых углей. В результате появляется реальная возможность повышения эффективности использования рядовых окисленных углей КАбасса и вовлечения в энергетику забалансовых сажистых углей.