Твердые виды топлива

Уголь. Горючее полезное ископаемое органического (растительного) происхождения – уголь применяется как топливо, сырье для химической промышленности, производства кокса, жидкого топлива (бензина) и других ценных продуктов; относится к опасным грузам класса 4. По степени углефикации угли бывают бурые, каменные и антрациты.

Бурый уголь представляет собой продукт углефикации растительных остатков и является углем низкой степени углефикации. Плотность органической массы 1,3... 1,6 т/м³. Бурый уголь имеет цвет от темно-бурого до черного, содержит большой процент гигроскопической влаги, много летучих веществ, обладает небольшой теплотворной способностью (теплота сгорания 22,6 ... 31 МДж/кг). По размерам отдельных кусков бурый уголь подразделяют на классы: плита (БП), крупный (БК), орех (БО), мелкий (БМ), рядовой (БР); по содержанию влаги – на технологические группы: Б1 (более 40 %), Б2 (30...40 %), БЗ (до 30 %).

Каменный уголь является продуктом более высокой степени углефикации растительных остатков, чем бурый (уголь средней углефикации), и представляет собой однородную массу черного цвета. Каменный уголь бывает блестящим или матовым с раковистым изломом.

Таблица 2

Марки каменного угля

Содержание углерода в каменном угле составляет 75...97 %, летучих веществ – 9...45 %; теплота сгорания 30,1 ...36,6 МДж/кг. По размерам кусков каменный уголь подразделяют на классы: крупный (К), орех (О), мелкий (М), семечко (С), зубок (3); по содержанию летучих веществ влаги и золы на марки (табл. 2).

Антрацит является разновидностью каменного угля, имеет черную блестящую поверхность, часто с сероватым оттенком. Содержание углерода в антраците достигает 96,5 %; теплота сгорания 33,9... 34,8 МДж/кг. Антрацит характеризуется относительно большой механической прочностью и малым содержанием летучих веществ (1,5...4 %), что позволяет длительное время хранить его и перевозить без изменения свойств и без существенных потерь. По размерам кусков антрацит подразделяют на классы (табл. 3).

При хранении и транспортировании угля учитывают такие его свойства, как смерзаемость, способность к измельчению, выветривание, самонагревание и самовозгорание, выделение легковоспламеняющихся летучих веществ, гигроскопичность, сыпучесть, спекаемость.

Таблица 3

Классы антрацита

Смерзание угля происходит при влажности более 5 % и в условиях низких температур. При смерзании уголь становится монолитной твердой массой. Чаще подвержен смерзанию пористый и мелкий уголь. Наиболее эффективный способ предупреждения смерзания – сохранение влажности угля на уровне, не превышающем 5 %.

Другими профилактическими способами (правда, не всегда дающими желаемый эффект) являются послойная пересыпка или перемешивание угля с поваренной солью, негашеной известью, графитом, мелом, хлоридом кальция, опилками. Применение этих средств повышает стоимость угля, загрязняет его, увеличивает зольность, снижает качество, а примеси органического происхождения способствуют процессу самонагревания угля. Смерзшийся груз разбивают на куски буро- и виброрыхлителями либо установками с виброударными клиньями и другими механическими средства-ми, используют всевозможные обогревающие устройства (электрические грелки, инфракрасные излучатели и т.п.).

Выветривание – процесс разрушения и измельчения горных пород, происходящий под воздействием внешней среды. Различают физическое и химическое выветривание.

Физическое выветривание возникает при резких колебаниях температуры, которые вызывают изменение объема угля и ведут к растрескиванию и измельчению. Вода, проникая в трещины, усугубляет этот процесс; одновременно происходит потеря блеска и изменение цвета угля. Уголь с содержанием серы более 1,5 % подвергается более интенсивному выветриванию и превращается в мелкие фракции. Измельчение снижает качество угля, что имеет особо важное значение при экспортных перевозках.

Химическим выветриванием являются окисление и поглощение влаги, в результате которых происходят сложные химические изменения органических веществ, входящих в состав угля. В результате химического выветривания уменьшается выход летучих веществ, коксующихся углей резко снижается спекаемость. Измельчение угля происходит также при перегрузке, поэтому следует снижать высоту свободного падения угля. Мелкие фракции и угольная пыль увеличивают потерю угля при перегрузочных работах. Угольная пыль в воздухе при концентрации 10...32 г/м³ образует взрывоопасную смесь. Взрыв может произойти от любого источника воспламенения.

Процесс самонагревания угля возникает в результате действия внутренних химических и биологических источников теплоты. В штабеле угля происходит постоянное окисление углерода. При взаимодействии углерода с кислородом воздуха и водой возникает химическая реакция, сопровождающаяся выделением теплоты. Если теплота не рассеивается быстро в окружающее пространство, температура может достигнуть критической, при которой уголь загорается. Процесс ускоряется при наличии в угле серного колчедана и повышенной влажности угля. Самовозгоранию угля способствуют наличие железа, аммония, интенсивная аэрация штабеля, наличие локальных источников нагрева, смешение разных сортов угля. Критическая температура составляет для бурых углей около 50 °С, для большинства каменных углей 60 ... 65 °С, для антрацитов 80 ... 83 °С. Опасность повышает наличие метана, который может выделяться из угля (особенно свежедобытого) и образуется при его окислении.

Самонагревание угля может произойти также в результате жизнедеятельности термофильных (стойких при воздействии высоких температур) микроорганизмов. Интенсивность процессов самонагревания и самовозгорания зависит от марки угля и размеров его отдельных частиц. Наиболее подвержен самовозгоранию бурый уголь. В зависимости от устойчивости к самовозгоранию угли делят на пять групп: I – устойчивые, не подверженные самовозгоранию (антрациты, угли марки Т); II – средней устойчивости (угли марок ПС, ПЖ, К и Г); III – неустойчивые, наиболее подверженные самовозгоранию (все бурые угли и угли марки Д).

Уголь относится к опасным грузам, что определяет условия его хранения и перевозки.

Уголь хранят на открытых складских площадках, ровных, с твердым покрытием, чистых, освобожденных от мусора, в сухом незатопляемом месте с предусмотренным стоком поверхностных вод. Угольный склад должен быть надежно огражден, иметь достаточное количество проездов и подъездов, устройство и расположение которых должны обеспечивать возможность удобного проезда и маневрирования пожарных машин.

Необходимо обеспечить следующие противопожарные разрывы, проезды и расстояния до зданий и сооружений, м:

Противопожарные проезды между штабелями ……………………………. 6

Проходы между штабелями ……………………………….2

Расстояния от штабеля:

до оси железнодорожного пути………………………………………... 2,5

полуогнестойких и полусгораемых зданий и сооружений …………… 15

сгораемых зданий и сооружений……………………………………….. 20

складов жидкого топлива, лесных и генеральных грузов ……………..60

Угольные штабеля размещают на территории склада по строго определенному плану. Размеры штабелей в плане не ограничиваются и определяются в зависимости от эксплуатационных условий и способа производства перегрузочных работ на складе. При этом допускается любое очертание штабелей в плане. Рекомендуется располагать продольную ось штабеля по направлению господствующего ветра. Каждый штабель ограждают бетонными щитами. Высота штабеля определяется склонностью угля к самовозгоранию и выветриванию и длительностью хранения. Максимальная высота штабелей при хранении угля до 10 сут для углей марок ПС, ПЖ, К, Г не должна превышать 10 м, для углей марок Д, бурых подмосковных, уральских, карагандинских, сибирских и дальневосточных – 5м.

Поступающий на склад уголь выгружают в зависимости от марок на соответствующие площадки. Складирование угля разных марок в одном штабеле не допускается. Все углы верхнего и нижнего основания штабелей и их грани закругляются. При закладке штабеля нельзя допускать образования пустот в угле, в которых может создаваться застой воздуха, и скоплений мелких фракций, опасных в отношении самонагревания штабеля. На складах необходимо систематически контролировать температуру хранимого угля, устанавливая контрольные металлические трубы, термометры или специальные автоматические сигнализаторы. Контрольные трубы устанавливают вертикально к подошве штабеля и нумеруют. Верхние концы труб должны выступать над поверхностью штабеля не менее чем на 0,3 м и закрываться деревянными, свободно вынимающимися пробками. Нижние концы труб глухие и расположены на высоте не более 0,5 м от подошвы штабеля. Расстояние между трубами и интервалы между измерениями температуры устанавливаются в зависимости от склонности угля к самовозгоранию.

Температуру в трубах измеряют ртутными термометрами на 1-шнуре, заключенными в оправу. Кроме того, для более тщательного обследования необходимо раз в 10–15 дней вводить в промежутки между измерительными трубками щуп (прут), выдерживать его там не менее 20 мин, а затем, быстро вытащив, ощупать руками – горячее место на щупе укажет наличие очага внутри штабеля. Результаты наблюдений температуры угля в штабеле заносят в журнал.

Места очагов самонагревания можно определить и по внешним признакам состояния поверхности штабеля (появление за ночь на поверхности угля влажных пятен, исчезающих с восходом солнца; появление белых пятен, исчезающих днем или после выпадения дождя; наличие невысыхающих влажных пятен; появление пара и запаха продуктов разложения угля; искрение в ночное время; наличие проталин в снежном покрове).

В случае обнаружения самонагревания угля принимают определенные меры. При температуре угля 45 °С и выше его охлаждают перелопачивая, охлажденный уголь складируют на новом месте.

Уголь считается охлажденным, если его температура снижена до температуры окружающего воздуха. Для охлаждения разогревшегося угля должны быть устроены запасные площадки размером не менее 1/6 площади штабеля. При температуре угля 60 °С его вынимают из штабеля и охлаждают перелопачивая. Тушение или охлаждение угля водой в штабелях не разрешается. Загоревшийся уголь допускается тушить водой, только вынув его из штабеля и разбросав на запасной площадке. Поступивший на склад уголь, имеющий температуру 45 °С и выше, необходимо выложить на особую площадку слоем не более 0,5 м, только после снижения его температуры до температуры окружающего воздуха его можно укладывать в штабеля.

Угольные склады и перегрузочные сооружения должны быть обеспечены наружными пожарными кранами, расположенными на расстоянии не более 80 м друг от друга. Если водопровод отсутствует, склад должен иметь удобные подъезды к воде или утепленные водоемы объемом, обеспечивающим трехчасовую работу одного пожарного автоматического насоса.

Предельно допустимые концентрации угольной пыли в рабочей зоне зависят от содержания диоксида кремния: при 2 % – 10 мг/м³; до 10 % – 4 мг/м³.

Обычно уголь перевозят на универсальных автосамосвалах с обязательным укрытием. В связи с относительно невысокой объемной массой угля для его перевозки эффективно применение прицепных или седельных самосвальных автопоездов.

Кокс. Каменноугольный кокс является продуктом переработки природных топлив и в зависимости от размера кусков делится на крупный, орешек и мелочь. Орешек используется в химическом производстве для получения газа в газогенераторах, коксовая мелочь применяется для отопления паровых котлов, изготовления брикетов и агломерации руд.

Чтобы предотвратить смерзание, коксовую мелочь обезвоживают или промораживают. Коксовую мелочь, имеющую влажность более 7 %, обезвоживают, просушивая горячим воздухом, горячими газами в специальных установках или выдерживая в отвалах.

Кокс перевозят так же, как и уголь. При этом необходимо учитывать, что кокс обладает большой способностью поглощать влагу и увеличивать вследствие этого свою массу (до 20 %).

Горючие сланцы. Данный вид твердого топлива представляет собой глинистые или известково-глинистые осадочные породы, пропитанные органическими веществами. Характерным признаком сланцев является их слоистость и свойство раскалываться на плоские куски – слои. Цвет сланцев от светло-серого до черного, влажность 9... 18 %, зольность 40...60 %, насыпная масса 0,72 ... 0,95 т/м³. Сланцы редко используют в качестве топлива из-за высокого содержания золы. Горючие сланцы являются сырьем для промышленной переработки и получения горючего газа, бензина и т. п.

Торф. Горючее полезное ископаемое органического происхождения, образующееся путем медленного разложения остатков болотных растений в условиях избыточного увлажнения и недостаточного доступа воздуха, – торф – встречается в виде залежей, которые представляют собой напластовывание одного или нескольких видов торфа. В естественном состоянии влажность торфа 85 ... 90 %, а искусственной подсушкой доводится до 15 %. Торф перевозят в автосамосвалах с увеличенным объемом кузова, в бортовом ПС и в специальных контейнерах. Насыпная масса торфа 0,5 т/м³, брикетов – 0,85 т/м³.

Древесный уголь. Являясь продуктом неполного разложения древесины под влиянием высокой температуры без доступа воздуха, древесный уголь гигроскопичен, высокая пористость угля обусловливает его сорбционную способность по отношению к газам. Свежевыжженный уголь содержит 3...5 % влаги. Древесный уголь применяют в производстве красок, пороха, для очистки и обесцвечивания жидкостей (спирта, сиропов). Хранят древесный уголь в сухих закрытых складах навалом в штабелях. Чтобы предохранить уголь от размельчения, высота штабеля не должна превышать 4...4,5 м. При длительном хранении уголь измельчается и превращается в пыль. Уголь-сырец допускается хранить под навесом. При хранении и перевозках уголь защищают от атмосферных осадков. Насыпная масса древесного угля составляет 0,2 т/м³.

Пек. Побочный продукт перегонки дегтя или смолы, образующийся при термической переработке угля, древесины, торфа или при пиролизе нефти, – пек – широко применяется для изготовления брикетов из угольной мелочи, асфальта, толя, лаков, красок, сажи, в производстве электродов, пластических масс, в судостроении при заливке пазов и стыков деревянного покрытия наружных палуб и т.д.

Пек представляет собой аморфное черное вещество с блестящим раковистым изломом. В зависимости от температуры плавления и размягчения пек может быть жидким, мягким и твердым. При температуре 37... 80 °С (в зависимости от сорта) пек размягчается, сплавляется и при охлаждении образует массу, которая трудно поддается раскалыванию. К физико-химическим особенностям пека относятся его малая теплопроводность, негигроскопичность, большое электрическое сопротивление, малая химическая активность, легкая схватываемость в расплавленном состоянии с другими предметами.

При перегрузке, хранении и перевозке пека необходимо соблюдать правила безопасности. Пековая пыль и пары ядовиты, при соприкосновении с кожей или при вдыхании возможны поражения подчелюстных телец, воспаление слизистой оболочки дыхательных путей, общее отравление (тошнота, рвота). Особенно сильно пековая пыль действует на свету и в жаркую погоду, поэтому для рабочих, занятых перегрузкой пека, обязательно наличие спецодежды, рукавиц, защитных очков.

Пек транспортируют в таре и навалом. Тара для перевозки должна быть прочной и герметичной. Наиболее приемлемыми являются специализированные контейнеры, двойные мешки из синтетических полимерных материалов и металлические бочки со съемными днищами.

При перевозке навалом пек должен быть только в гранулированном состоянии, так как твердый пек нередко приходится разбивать, вследствие чего образуется большое количество пыли.

Пек хранят на открытых площадках, под навесом и в закрытых специализированных складах. Участок для переработки пека должен быть отдален от мест расположения других грузов не менее чем на 100 м. Пековая площадка должна иметь цементное покрытие с уклоном для стока промывочных вод в производственную канализацию и дощатое ограждение высотой до 2 м. В целях уменьшения пылеобразования для смачивания пека водой перед погрузкой на грузовом участке устанавливают водопроводные поливочные краны и канализационные трапы.

Перегрузочные работы с пеком, транспортируемым навалом, не допускаются при скорости ветра более 3 м/с. При сильном ветре пек может оказывать фотодинамическое воздействие на людей, находящихся даже на расстоянии до 25 м от места производства перегрузочных работ. Все работы на открытом воздухе должны производиться в ночное время. Перегрузочные работы в дневные часы допускаются только при согласовании с органами Госсанэпиднадзора.