Теплотехнические характеристики

По глубине пласта наблюдается значительное колебание теплотехнических характеристик березовского угля. Для окисленного и сажистого углей характерно резкое увеличение рабочей влаги ( ) с 35 до 51 %, гигроскопической влаги (W_h) с 6 до 18 %, зольности (А^d) до 14 %. Выход летучих веществ увеличивается при переходе к сильноокисленному углю, и для сажистого угля он составляет 55 % (рис. 2.8). Анализ зависимостей изменения летучих веществ и элементного состава проб угля различной степени окисленности (рис. 2.4, 2.5, 2.8) позволяет сделать вывод о том, что переход угля от слабоокисленного к сильноокисленному сопровождается процессами, тождественными процессам, повышающим стадию углефикации топлива. При этом происходят процессы полимеризации и поликонденсации за счет распада кислородосодержащих групп боковых цепей макромолекулы угля, образовавшихся на начальной стадии окисления, с выделением газообразных продуктов. Это хорошо согласуется с мнением некоторых исследователей о том, что в процессе углефикации умеренное окисление может способствовать переходу менее зрелых углей в угли более высокой стадии конденсированности [64]. Дальнейшее повышение степени окисленности угля приводит к изменениям в химическом составе и строении угля, в результате чего происходит его превращение в топливо с более низкой степенью углефикации.

Тождественность процессов углефикации и окисления хорошо подтверждается зависимостью отношения от степени окисленности исследованных проб угля (рис. 2.9). Расчет численного значения отношения , выполненный по литературным данным [60] для различных углей, показывает, что этот параметр наилучшим образом характеризует стадию углефикации твердых топлив по сравнению с другими. Выход летучих веществ из окисленного угля определяется содержанием в нем кислорода (рис. 2.10). При повышении степени окисленности уменьшается теплота сгорания рабочей массы топлива (Qi¹), pис. 2.11. При степени окисленности угля 70 % и выше снижение калорийности составляет около 25 % по отношению к средней по месторождению. Это относится к окисленным углям, которые вместе с рядовыми используются в энергетических целях. Однако по указаниям [74] окисленные угли при уменьшении теплоты сгорания более чем на 25 % могут быть использованы для пылевидного сжигания только по согласованию с потребителем. Сажистый уголь имеет самую низкую теплоту сгорания ( = 7000 – 7800 кДж/кг) и в настоящее время с пустой породой уходит в отвал.

Как уже отмечалось выше, из-за окисления угля в пласте изменяется состав органической части, что приводит к снижению теплоты сгорания ( ), характер изменения которой такой же, как и у . Коксовый остаток, полученный при температуре 800 °С, имеет постоянную теплоту сгорания, независимо от степени окисленности, в то время как у окисленных углей значительно снижается теплотворная способность летучих веществ (Q_лет), рис. 2.11.

Это доказывает, что при окислительном выветривании подвержена изменению в основном периферийная часть макромолекулы угольного вещества.

Выход летучих веществ повышается за счет увеличения в их составе балластных и низкокалорийных кислородосодержащих соединений, что в конечном итоге увеличивает время выгорания частиц угольной пыли в топках котлов [74].

Рисунок 2.8 – Выход летучих веществ, зольность и влажность проб березовского угля разной степени окисленности: D – выход летучих веществ ( ); · – зольность (А^d);○ – влажность гигроскопическая (W_h); х – влажность рабочая ( )

Рисунок. 2.9. - Зависимость отношения от степени окисленности березовского угля

Рисунок 2.10 – Зависимость выхода летучих веществ от содержания кислорода в пробах березовского угля из золы окисления Q × 10^-2, кДж/кг

Рисунок 2.11 – Теплота сгорания исходных проб березовского угля разной степени окисленности, их коксовых остатков, летучих веществ: ○ – теплота сгорания исходных проб угля на горючую массу ; · – теплота сгорания коксовых остатков ; D – теплота сгорания летучих веществ (Q_лет); х – теплота сгорания исходных проб угля на рабочую массу