Техническая характеристика углей

Для решения вопроса о наиболее рациональном использовании углей в промышленности производится технический анализ. При по­мощи технического анализа определяется горючая (выход летучих веществ и кокса) и негорючая (влага и зола) масса углей. При тех­ническом анализе производится также определение содержания общей серы (сульфатной, пиритной, органической) и теплотворной способности углей.

Влага (W) содержится в том или ином количестве во всех углях. Присутствие ее снижает теплотворную способность углей, так как на ее испарение расходуется тепло. Различают влагу общую, или влагу рабочего топлива (Wp), внешнюю, или горную (WBn) и внут­реннюю, или лабораторную (Wa). Внешняя влага — это влага, обусловленная присутствием пленок воды, окружающих частицы угля. Внутренняя влага обусловлена присутствием гигроскопиче­ской и химически связанной воды. Гигроскопическая влага зависит от влажности воздуха, химически связанная вода входит в состав молекул вещества углей. В сумме внешняя и внутренняя дают ра­бочую влагу. С повышением степени углефикации содержание влаги уменьшается. Например, содержание гигроскопической влаги в бу­рых углях достигает 50—60%, в каменных до 75%, в антрацитах до 1—2%. В сапропелевых углях и горючих сланцах влаги меньше, чем в гумусовых.

Зола (А) — это остаток после сжигания органической части угля или горючего сланца. Повышение зольности снижает теплотворную способность углей, повышает транспортные расходы, осложняет условия их сжигания и т. п. Зола в углях может быть различного происхождения: 1) конституционная, обусловленная присутствием минеральных солей в растительных остатках, за счет которых обра­зовался уголь; 2) внутренняя, обусловленная отложением вместе с растительными остатками различных минеральных осадков; 3) внеш­няя, обусловленная засорением углей при выемке за счет попада­ния кусков породы из почвы, кровли, прослойков. Содержание золы (Ас) в углях колеблется в пределах от 4 до 40—45% и выше. Если же золы содержится более 40—45%, то такие образования относят уже к углистым породам. Однако граница зольности углей условна. Иногда к углям относят углистые образования и с большей зольностью. При изучении качества углей обязательно определяется температура плавления золы, так как легкоплавкая зола напла­вляется на колосники, трубы, стенки топок и т. п., что нежелательно. Кроме того, изучается состав золы с целью выяснения возможности ее промышленного использования.

Летучие вещества (V) — это газообразные вещества, выделя­ющиеся из углей при нагревании без доступа воздуха. В состав летучих веществ входят различные органические и неорганические соединения (водород, кислород, азот, углекислый газ, сероводород и др.). Наибольший выход летучих дают сапропелевые угли и горю­чие сланцы (60—70 и даже до 94% на горючую массу — Vе). С по­вышением степени метаморфизма углей выход летучих снижается (бурые угли 20—55 %, каменные 5—50 %, антрациты менее 8 %). Угли и горючие сланцы, дающие высокий процент летучих веществ, являются ценным химическим сырьем.

Кокс (К), или коксовый остаток, — это твердый остаток после удаления летучих веществ. Он включает органическое вещество, золу и часть оставшихся летучих веществ. Коксовый остаток может быть порошкообразным или в виде спекшейся массы, называемой коксовым корольком. Королек может быть слипшимся, слабоспекшимся и спекшимся. По характеру королька можно до некоторой степени судить о спекаемости углей, т. е. о способности давать каче­ственный кокс. Угли, дающие порошкообразный кокс, не спекаются. Угли, дающие крепкий пористый королек, хорошо спекаются.

Для оценки пригодности углей для коксования необходимо также знать содержание фосфора. Присутствие фосфора в коксу­ющихся углях нежелательно.

Теплотворная способность углей (Q) — это количество тепла, выделяющегося при полном сгорании 1 кг (большие калории) или 1 э (малые калории) угля. Теплота сгорания служит одним из основных показателей качества энергетических углей. Теплотворная способ­ность определяется на рабочее топливо (Qp), на абсолютно сухое топливо (Q"), на аналитическую пробу (Qa) и на горючую массу (Qr). С повышением степени углефикации теплотворная способность углей возрастает. Однако в некоторых случаях угли более низкой степени углефикации могут иметь по сравнению с более высоко углефицированными углями большую теплотворную способность. Это наблюдается при высоком содержании в углях водорода. Наи­большую теплотворную способность имеют некоторые сапропелевые угли (до 9000—10 000 ккал/кг на органическую массу).

Из гумусовых углей наибольшей теплотворной способностью обладают коксовые угли — 8400—8750 ккал/кг, хотя они и менее углефицированы, чем антрациты. Это объясняется благоприятным сочетанием в коксовых углях углерода и водорода.

Промышленная оценка качества углей и их промышленная классификация. Ископаемые угли разнообразны до свойствам и качественным показателям, поэтому используются для различных целей. Каждая отрасль промышленности, использующая угли, предъявляет к ним свои требования, предусмотренные соответствующими стандар­тами.