Влажность и влагоемкостъ

Влажность (W) - величина, равная отношению массы общей влаги к массе угля и выражаемая в процентах.

Уголь содержит поверхностную воду, общую, гидратную и пирогенетическую влагу.

Поверхностная, т.е. свободная /гравитационная/ вода, заполняющая трещины и пустоты, удаляется из угля в условиях свободного стока даже при непродолжительном хранении. Общая или рабочая влага (W_t^r) включает в себя внешнюю или горную и внутреннюю, или лабораторную.

Внешняя влага (W_ex)- некоторая часть свободной воды. Сохранившейся в угле по разным причинам и капиллярная вода, заполняющая поры и тонкие трещины. Она удаляется в результате естественного испарения при хранении твердого топлива. Уголь, лишенный внешней влаги, переходит в воздушно-сухое состояние.

Внутренняя влага (W_h) представляет собой гигроскопическую воду, молекулы которой удерживаются на поверхности минеральной частицы силами электромолекулярного притяжения. От нее избавляются в процессе высушивания пробы при температуре 105-11О °С до постоянной массы. После этого уголь приводится в абсолютно сухое состояние. В таком состоянии он может находиться непродолжительное время, так как при остывании парообразная влага сорбируется топливом из атмосферы.

Гидратная влага W_M, которая содержится в минеральных примесях, а также пирогенетическая влага (W_K), входящая в органическую массу угля, при температуре 105-110 °С не удаляются и в массовую долю общей влаги не включаются.

Общая влага рабочей массы - один из основных показателей качества угля. Ее массовая доля в торфе достигает 90%, в бурых углях составляет 16-60%, в каменных углях - 4-6%, в антрацитах - 3-8%. Влажность углей снижает теплоту сгорания и термическую стойкость, затрудняет помол, рассев и обогащение, увеличивает продолжительность коксования и стоимость перевозки.

Максимальная влагоемкость угля W_max характеризует массовую долю влаги в угле в состоянии полного насыщения его водой.

3.3. Зольность. "Соленые" угли

Зольность А - величина, равная отношению/в процентах/ массы твердого негорючего остатка, полученного после сжигания угля в установленных условиях, к массе топлива. Для сопоставления углей, содержащих разное количество минеральных примесей, зольность рассчитывают на сухое (A^d) )или рабочее (A^r ) состояние. Как правило, из угля получают меньше золы, чем было в нем минеральных примесей. Причина заключается в том, чго карбонаты /кальцит, доломит, сидерит и др./, сульфиды /пирит, марказит и др./, глинистые минералы в процессе сжигания углей разлагаются с выделением газов.

В углях выделяют внутреннюю /материнская или конституционная/ и внешнюю /вторичная, или случайная/ золу. Внутренняя зола образуется за счет неорганических компонентов, распределенных в топливе, и практически не удаляется при обогащении углей. Ее массовая доля в чистых разновидностях углей составляет в Донбассе 1,2-7,5%, Кузбассе - 1,9-5,9%, Караганда - 3,4-9,2% и т.д. При доле внутренней золы свыше 50% уголь переходит в углистую породу. Источниками внешней золы являются минеральное вещество, привносимое в торфяник в период накопления растительного материала, минеральные образования в углях, породные прослойки в угольных пластах сложного строения, породы почвы и кровли. Эта группа минеральных примесей может быть удалена при обогащении.

По общей зольности угли подразделяются на малозольные /до 10%/, среднезольные /10-20%/ и высокозольные /свыше 20%/.

Повышение зольности снижает удельную теплоту сгорания угля, отрицательно сказывается на технологии коксования, на качестве кокса и т.д.

Качество углей зависит также и от состава золы. Если среди минеральных примесей присутствуют соединения, содержащие натрий в несиликатной форме /галит NaCl, тенардит Na₂SO₄ и др./, то при сжигании такого топлива происходит интенсивное шлакование поверхностей нагрева, снижение температуры газов, повышенная коррозия арматуры топок и котлов. Такие угли называют солеными. Они распространены в Тургайском и Нижнеилийском бассейнах бурых углей, в Богдановском и Новомосковском угленосных районах Донбасса.

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.

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