Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы геологии угля и горючих сланцев. Учебное пособие
.pdf
101
химических реакций. Скрытая стадия развития процесса проходит в течение 2 - 3
месяцев.
Возникновение пожаров от самовозгорания углей обуславливается природны-
ми и горнотехническими предпосылками. К природным предпосылкам относятся
состав углей и степень его метаморфизации, толщина пластов и условия залегания.
Чаще пожары возникают в пластах с повышенной толщиной и крутых углах падения
в связи с увеличением зон обрушения и доступа к этим зонам воздуха. Способность
к окислению возрастает с уменьшением крупности зерен угля. Высокоактивными к
самовозгоранию являются бурые угли, умеренными – каменные, малоактивными –
антрациты.
Горнотехнические условия разработки также определяют опасность возникно-
вения пожаров. Для предотвращения пожаров предусматриваются необходимые
условия разработки, способы транспортировки угля на поверхность, схемы вентиля-
ции и другие горнотехнические мероприятия.
Геотермические условия. Распределение температуры на поверхности земли
определяется внешними условиями. На глубине более 15 м сезонные колебания
температуры незначительны. С глубиной температура изменяется в соответствии с
геотермическим градиентом (от 1 ºС до 4 ºС на 100 м глубины). Распределение гео-
термического градиента неравномерно в бассейнах геосинклинального и платфор-
менного типа. Более высокий градиент характерен для геосинклиналей. Температу-
ра в горных выработках не должна быть выше 25 ºС, превышение этого предела вызывает необходимость применения усиленной вентиляции и искусственного охлаждения воздуха.
102
14 Промышленное использование углей
Наиболее распространенным видом промышленного использования углей яв-
ляется сжигание их в топках энергетических установок. Для этих целей могут ис-
пользоваться все марки углей и торфа.
Наибольшей теплотой сгорания обладают угли марок Ж (жирные), К (коксовые) и ОС (отощенно-спекающиеся), однако их сжигание не целесообразно, так как
они используются в качестве ценного сырья в коксохимической промышленности.
Только для судов морского и речного флота использование этих марок углей допу-
стимо. Для сжигания в стационарных топках для производства цемента, кирпича
или использования для коммунальных нужд применяются слабоспекающиеся угли
или брикеты из них.
Для пылевидного сжигания в котельных установках употребляют бурые и
многозольные каменные угли, для этого их подвергают тонкому размолу и просу-
шиванию. Сжигание пылевидного топлива дает высокий экономический эффект.
Коксование углей является вторым основным направлением промышленного
использования углей. Коксование углей основано на способности коксующих сортов углей или их смесей при нагревании до 750 – 1100 ºС без доступа воздуха давать
твердый остаток – кокс (практически чистый углерод). В результате получается не
только ценное металлургическое сырье – кокс, но и химические продукты широкого
ассортимента и высококалорийный коксовый газ. Из 1 тонны сухого угля получает-
ся 75 – 85 % кокса, до 3 - 4 % смолы, 1 % сырого бензола, 0,4 % аммиака и 320 м3
коксового газа.
Для коксования используют неокисленные каменные угли с нормативным со-
держанием золы, влаги, серы, летучих веществ и фосфора. Раньше для этого исполь-
зовали только одни коксовые угли. В настоящее время используются угли различ-
ных марок от ГЖ до ОС.
Основная масса кокса используется в черной металлургии для выплавки чугу-
на (доменный кокс), а также в цветной металлургии, в химической и других отрас-
103
лях промышленности. Такие продукты коксования как смола и газ служат сырьем
для изготовления самых разнообразных и многочисленных химических продуктов –
от взрывчатых веществ до сахарина, от карболовой кислоты до утонченных духов и
от лекарственных препаратов до ядов. Аммиачную воду используют для производ-
ства азотной кислоты.
Полукоксование – это низкотемпературная перегонка без доступа воздуха. При
нагревании до 500 ºС уголь разлагается с образованием твердого остатка – полукокса, смол и газа.
Полукокс используется как облагороженное топливо (бездымное). Из смолы
путем разгонки получают бензин, керосин, дизельное топливо и др. вещества. Оста-
ток от разгонки – «пек» - употребляется для дорожных покрытий. Газ, выделяющийся при перегонке, состоит в основном из метана (до 70 %) и воды (20 %).
Газификация углей – это процесс, при котором органическая часть угля под
влиянием высокой температуры и воздействия воздуха и водяного пара превращает-
ся в горючие газы.
В зависимости от применяемого для воздействия газа (воздуха, кислорода) и
количества водяного пара получаемый газ имеет различный химический состав.
Смешанный газ – получается при дутье смеси воздуха и водяного пара. Состоит из окиси углерода – 25 %, водорода – 13 %, азота – 5 2%. Теплота сгорания 5,3 –
7 МДж/кг.
Водяной газ – получают при газификации водяным паром. Состоит из окиси
углерода (37 %), водорода – до 50 %. Теплота сгорания – до 12 МДж/кг.
Горючие сланцы – используются, в основном, в качестве топлива на электростанциях. При нагревании сланцев без доступа воздуха до 500 ºС или с воздухом до
1000 ºС органическое вещество разлагается с выделением нефтеподобной смолы и
горючих газов. Выход смолы составляет 10 - 50 %.
Смола идет на выработку моторного топлива. Смазочных масел, фенолов, их-
тиолов, плавленого цементного клинкера.
Горючие газы используются в качестве высококалорийного топлива.
104
С целью снижения зольности низкосортных углей последние предварительно
обогащаются. Процесс обогащения заключается в отделении и удалении от угля по-
родных прослойков, а также минеральных включений, дающих так называемою
внешнюю золу.
Тонко рассеянные минеральные примеси, образующие внутреннюю золу, по-
чти не поддаются удалению, и такие угли считаются труднообогатимыми. В насто-
ящее время часть высокозольных углей сжигается в виде пыли с вдуванием ее в
топку котлов через форсунки. Такой вид сжигания обеспечивает более полное сго-
рание угля при меньшем его расходовании в сравнении с кусковым углем. Сжигание
низкосортного угля в топках производится также в форме брикетов, т.е. плиток,
прессованных из нестойких, быстро рассыпающихся углей (в основном бурых) и
угольной мелочи с добавлением в нее в отдельных случаях битумов как связываю-
щих веществ.
Гидрогенизация (получение искусственного жидкого топлива) производится
путем воздействия на уголь водорода в присутствии катализаторов, в результате че-
го получается выброс жидких горючих до 70 % от горючей массы. Для этого применяются только малозольные, в основном битуминозные угли.
Экстракция (получение горного воска) производится из битумов бурых углей.
Основным показателем, при оценке углей идущих для этой цели, является не только
общий выход битума, но и главным образом процентное содержание воска и каче-
ственная его характеристика.
По инструкции Государственной комиссии по запасам угли и сланцы по видам
их использования в промышленности подразделяются на энергетические, коксовые,
пригодные для полукоксования, для получения жидкого топлива и для газификации.
105
15 Промышленная классификация углей
Оценка качества углей
Промышленные классификации обычно отражают имеющуюся практику ис-
пользования ископаемых углей. В основу их построения положены важнейшие по-
казатели качества углей, позволяющие комплексно оценить наиболее важные техно-
логические свойства углей для ведущих направлений их использования: энергетиче-
ского, металлургического, химико-технического и другого производства.
Первоначально промышленные классификации разрабатывались для камен-
ных углей, которые обладают достаточно широким диапазоном технологических
параметров, и, следовательно, разнообразием областей применения. В качестве
примера можно привести широко распространённую с конца прошлого столетия в
западноевропейских странах классификацию инженера Грюнера (таблица 13). При-
нятые в ней систематизация и параметры применены в классификациях углей США,
Великобритании и действовавшей в СССР до 1957 г классификации донецких углей,
которая использовалась для оценки качества углей других бассейнов и месторождений.
В 1956 - 1980 гг в нашей стране были введены в действие «бассейновые» классификации углей, выявленных в основных каменно-угольных бассейнах и отдельных экономический районах, таких как Урал, Средняя Азия, Восточная Сибирь,
Дальний Восток, северо-восточные районы, о. Сахалин. Угли в каждом районе подразделялись на технологические марки и группы по схожести генетических особенностей и основных энергетических и технологических параметров.
106
Таблица 13 - Классификация каменных углей Грюнера
Типы углей
Элементный состав, %
Свойства
нелетучего
остатка
(коксового
королька)
С
Н
+
Выход
нелетуче-
го остатка
1.Сухие длин-
нопламенные
7,5-80
5,5-4,5
19,5-15
4-3
50-60
Порошок
или чуть
спекшийся
2.Жирные
длиннопла-
менные
80-85
5,8-5,0
14,2-10
3-2
60-68
Сплавлен-
ный, силь-
но
3.Жирные или
кузнечные
84-89
5-5,5
11-5,5
2-1
63-74
Сплавлен-
ный, сред-
ней плот-
ности
4.Коксовые
84-91
5,5-4,5
6,5-5,5
1
74-82
Сплавлен-
ный, очень
плотный
5. Тощие или
полуантраци-
ты
90-93
4,5
5,5
1
82-90
Спекшийся
или поро-
шок
<5700 ккал/кг, разделили по величине массовой доли рабочей влаги (Wr) на три
группы:
девять марок: длиннопламенный (Д), газовый (Г), газовый жирный (ГЖ), жирный
(Ж), коксовый жирный (КЖ), коксовый (К), отощенный спекающийся (ОС), сла-
боспекающийся (СС), тощий (Т).
разделяли на группы по нижнему пределу толщины пластического слоя, численное
значение которого дополняло символ обозначения марки. Цифровые значения вы-
Бурые угли, выделяемые по показателю отражения <0,5 % и
Б1>40 % ,
Б2 30 - 40 % ,
Б3 30 -4 0 % , Б3<30 %.
Каменные угли подразделялись по выходу летучих веществ и спекаемости на
Спекающиеся каменные угли марок Г - СС в ряде бассейнов и месторождений
107
хода летучих и толщины пластического слоя для углей одинаковых марок в различ-
Виды угля
, %
, МДж/кг
, %
Бурый
≤0,60
<24
_*
Каменный
От 0,40 до 2,39
≥24
≥9
Антрацит
≥2,40
_*
<9
_* бурые и каменные угли различаются по и , каменные угли и антрациты – по и
ных бассейнах и месторождениях различались.
Практическое применение приведенных выше промышленных классификаций
не позволяло решить один из основных вопросов использования углей – взаимоза-
меняемости их из различных бассейнов и месторождений в технологических про-
цессах при одном и том же направлении их переработки. Угли одинаковых марок и
близкой технологической группы месторождений не только различных, но и иногда
одних и тех же бассейнов, часто имеют существенные различия в составе и свойствах. Это обусловлено особенностями исходного органического вещества и усло-
вий его преобразования. Для установления связей между составом, химическим
строением, происхождением, условиями образования углей и их важнейшими тех-
нологическими свойствами, разрабатывались и использовались в практике промыш-
ленно-генетические классификации.
В 1988 г введена в действие единая классификация неокисленных ископаемых
углей Советского Союза (ГОСТ 25543-88). Она предусматривает их подразделение:
по видам – на бурые, каменные и антрациты; по генетическим параметрам - на классы, категории, типы и подтипы; по технологическим параметрам – на марки, группы
и подгруппы. Подразделение ископаемых углей на виды производиться по парамет-
рам и их значениям, представленных в таблице 14.
Таблица 14 – Параметры для подразделения неокисленных ископаемых углей
(ГОСТ 25543-88)
108
Генетические параметры подразделения углей
Класс угля характеризует степень метаморфизма углей по среднему показате-
лю отражения витринита . Номер класса соответствует минимальному значению
оцениваемых углей, умноженному на 10. По этому показателю выделено 50
классов углей: 5 - бурых углей (классы 02 - 05), 22 - каменных углей (04 - 25) и 29антрацитов (классы 22 - 50).
Категория отражает петрографический состав углей по содержанию фюзени-
зированных отощающих при коксовании компонентов ОК, при этом номер категории соответствует минимальному значению ОК, которое делится на 10.
Тип и подтип угля определяют по важнейшим для выбора направления их
промышленного использования параметрам. Тип и подтип отражают неодинаковую
степень восстановленности органического вещества. Повышенная степень восста-
новленности бурых углей обусловливает более высокий выход смолы полукоксова-
ния: каменные изометаморфизованные угли с одинаковым или близким петрогра-
фическим составом обладают более высокой спекаемостью, в антрацитах снижается
показатель анизотропии отражения витринита. Структурные особенности и петро-
графический состав бурых углей отражаются на их влагосодержании.
Тип угля определяют по максимальной влагоемкости на беззольное состояние
W
для бурых углей, выходу летучих веществ, расчитанным на сухое беззольное
max
состояние топлива, для каменных углей и объемному выходу летучих веществ
на сухое беззольное состояние для антрацитов. Номер типа соответствует минимальным значения: W
бурого, каменного и деленое на 10 значения
max
антрацитов.
Подтип угля определяют по выходу смолы полукоксования на сухое беззоль-
ное состояние для бурых углей, толщине пластического слоя У и индексу Рога
PJ для каменных углей, анизотропии отражения витринита для антрацитов. Номер
подтипа соответствует минимальным значениям величин указанных показателей в
изучаемом угле.
109
По совокупности всех генетических параметров каждый уголь обозначается
семизначным кодовым числом, в котором первые две цифры указывают номер класса, третья – номер категории, четвертая и пятая - номер типа, шестая и седьмая –
номер подтипа. Так, например, кодовый номер 1123219 будет иметь каменный уголь
любого бассейна или месторождения с показателем отражения витринита =1,10 1,19 %), содержанием фюзенизированных компонентов ОК=20 - 29 %, выходом ле-
тучего вещества = 32 – 34 % и толщиной пластического слоя 19 мм.
Технологические параметры подразделения углей
Угли с различными кодовыми номерами со сходными технологическими
свойствами в основных процессах переработки объединяют в технологические марки, группы, подгруппы. Таким образом выделено 17 марок. При этом для бурых углей и антрацитов выделено по одной марке (соответственно Б и А), для каменных –
15: длиннопламенные (Д), длиннопламенные газовые (ДГ), газовые (Г), газовые
жирные отощенные (ГЖО), газовые жирные (ГЖ), жирные (Ж), коксовые жирные
(КЖ), коксовые (К), коксовые отощенные (КО), коксовые слабоспекающиеся (КС),
отощенные спекающиеся (ОС), тощие спекающиеся (ТО), слабоспекающиеся (СС),
тощие (Т).
Марки бурых, каменных (исключая марки Д, ДГ, КЖ, КС и ТС) и антрацитов
подразделяют на группы. Основные параметры для такого подразделения являются:
марки Б - генетический тип (по максимальной влагоемкости); марок Г и Ж – генети-
ческий тип (по различиям в спекаемости изометаморфизованных углей); марок
ГЖО, ГЖ, К, КО, КС, ОС, СС, Т и А – генетические классы углей (по величине ),
в меньшей мере – принадлежность углей одной и той же марки к различным типам
(по каменных и антрацитов).
110
Наименование группы предшествует названию марки: первый бурый, второй
газовый и т.д.; перед условным обозначением марки ставят номер группы (напри-
мер, 1Б, 2Г и т.п.).
Объединение углей однинаковых марок и групп в подгруппы производят по
характеристике петрографического состава (категории). Углям с номерами катего-
рии 1, 2, 3-й (ОК меньше 40 %) присваивается наименование витринитовых, к категориям 4-й и выше – фюзенитовых, что указывается после названия соответствую-
щей марки (например, второй газовый витринитовый или второй газовый фюзени-
товый) и отражается в условном обозначении марки и группы угля дополнением ее
буквами В и A (например, 2ГВ или 2ГФ). Для бурых углей 1Б, каменных 2Г, ГЖ, Ж,
КЖ, СС – подгруппы угля не выделяют.
Технологические марки, группу и подгруппу устанавливают для каждого пла-
ста по совокупности генетических параметров. Например, уголь, характеризующий-
ся показателям: – 1,48 %, ОК – 43 %, - 18,3 %, У – 10 мм, соответствующий
классу 14, категории 4, типу 18, подтипу 10, относиться к марки ОС, группе 10С,
подгруппе 10СФ (кодовый номер 1441810). При сочетании класса, категории, типа и
подтипа исследуемого угля, не соответствующего указанным в таблице 13, он отно-
ситься к технологической марки группе и подгруппе в соответствии с его классом и
подтипом.
Международная классификация каменных углей и антрацитов была принята в
1956 г Комитетом по углю Европейской экономической комиссии ООН. Границей
между бурыми и каменными углями является установленное значение высшей
удельной теплоты сгорания в пересчете на условно влажное (96 % относительной
влажности при 30 ˚С) беззольное состояние . К каменным отнесены угли с
более 23,87 МДж/кг.
Классификация построена по кодовой системе. Первая цифра кода – класс угля – характеризует его метаморфизм по выходу летучих веществ или по теплоте сгорания углей с более 33 %. Вторая цифра – группа угля – характе-
ризует спекаемость углей по показателю свободного вспучивания SJ или по индексу
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]