Твердые виды топлива Выполнила: К.т.н., доцент Власова Н.В.

По своему происхождению все виды твердого топлива делятся на две группы: 1)топливо, образовавшееся в естественных условиях(ископаемые угли, горючие сланцы, торф, древесина) 2)топливо, полученное искусственным путем-это продукты переработки естественных видов топлива(кокс, древесный уголь, топливные брикеты) Известно два виде переработки естественных видов твердого топлива: 1)физико-механический-это сортировка, дробление, обогащение, сушка, брикетирование 2)физико-химический-это сухая перегонка и термическая обработка. При данном виде переработки значительно изменяется химический состав и свойства топлива. Ценность топлива определяется содержанием в нем горючих компонентов, к которым относятся углерод, водород и сера. Кроме горючих компонентов в составе твердых видов топлива имеется значительное количество внутреннего(кислород, азот) и внешнего балласта(вода минеральные примеси). Основные виды. Классификация. Общие свойства Вид твердого топлива Компоненты,% Углерод ВодородКислород и азот Древесина Торф Бурый уголь 705,524,5 Каменный уголь Антрацит 9523

Все виды твердого топлива имеют следующие общие свойства: 1)Влага-содержится в виде внешней и внутренней или гигроскопической воды. Внешняя влага находится на поверхности и может быть удалена путем высушивания топлива на воздухе при температуре С. Удаление внутренней влаги может быть достигнуто путем искусственного высушивания при температуре С. Повышенное содержание внешней влаги в твердом топливе вызывает слеживание, образование сводов и замерзание, а также приводит к налипанию продукта на рабочие органы ПРМ и стенки кузова вагона. 2)Самонагревание и самовозгорание-зависит от физико-химических свойств топливно- энергетических грузов, гранулометрического состава, влажности и ряда других факторов. Этот процесс объясняется взаимодействием кислорода с углеродом и водородом. Реакция идет с выделением тепла : Q 1 =K exp(-E/RT), К-коэффициент пропорциональности Е-энергия активизации химической реакции, Дж/моль R-газовая постоянная, Дж/кмоль*К T-абсолютная температура, К Отвод тепла происходит в зависимости от площади поверхности штабеля S, коэффициента теплопередачи α, разности температур штабеля T 1 и окружающей среды T 2, Q 2 =αS(T 1 -T 2 ) При условии Q 1 >Q 2 возможно самонагревание и самовозгорание. Температура груза, при которой начинается интенсивный процесс окисления и самовозгорания, называется критической. Для грузов рассматриваемой группы такая температура примерно C. 3)Хрупкость-это склонность к разрушению частиц топлива в процессе грузовых операций и при хранении(уголь бурый и каменный, антрацит, кокс).

4)Физическое выветривание и окисление происходит при хранении на открытом воздухе. Выветривание снижает прочность топлива, а окисление снижает температуру сгорания, уменьшает количество летучих веществ в топливе и ухудшает спекаемость и коксуемость угля.

Торф-органическая порода, образующаяся в результате биохимических процессов разложения болотных растений при повышенной влажности и недостатке кислорода. По условиям образования торфы делятся: 1)Верховой торф-состоит из остатков сфагновых мхов, пушицы, багульников характеризуется низкой зольность, высокой теплотворной способностью, высокой влажностью %, повышенной кислотностью, низкой степенью разложения. Сочетание высокой влажности и воздухоемкости постоянно поддерживает оптимальное соотношение воды и воздуха в почве. 2)Низинные и переходные торфы-состоят из перепревших остатков древесины и травянистой растительности. Характеризуются высокой зольностью, малой теплопроводностью, средне- и слабокислой реакцией среды, высоким содержанием питательных веществ. Основными характеристиками торфа как груза являются: 1)Фракционный состав(размеры частиц) 2)Сыпучесть торфа 3)Влажность 4)Объемная масса 5)Загрязнение 6)Смерзаемость 7)Самонагревание и самовозгорание Торф. Свойства и условия хранения.

Хранение торфа: Осуществляется на открытых площадках в караванах. Максимальные размеры каравана 125 х 30 х 7,5 м, что объясняется повышенной склонность торфа к самовозгоранию. Не допускается закладка нового торфа: 1)в неочищенный караван 2)при его температуре 40 0 С Измерение температуры торфа производится не реже чем раз в 15 дней на глубине 1-1,5 м от поверхности каравана, при повышении температуры до 50 0 С-измерение производится не реже чем раз в 5 дней. При повышении температуры до 60 0 С производится отбор торфа из зоны разогрева с последующей укладкой на это место торфа с влажностью не ниже 65%. В случаях повышения температуры до 65 0 С или обнаружения очагов самовозгорания тлеющий торф заливают водой и вывозят для расходования. В летний период времени перевозка торфа осуществляется только в цельнометаллических полувагонов.

Караваны Погрузка торфа

Основными сферами применения торфа являются энергетика и сельское хозяйство. Использование торфа как топлива обусловлено его составом: большим содержанием углерода, малым содержанием серы и вредных негорючих остатков. Из торфа получают большое количество химических продуктов: этиловый спирт, воск, парафин и пр. Горючие сланцы. Основные понятия Горючие сланцы образовались в результате разложения морских микроорганизмов планктона без доступа воздуха. Близки по своему происхождению к сапропелитовым ископаемым углям. Органическая масса горючих сланцев содержит 68-74% углерода, 10-11% водорода, до 7% серы и 8-20% кислорода. В рабочей массе содержится 25-70% минеральных примесей и 12-20% воды. Такое содержание балласта в массе горючих сланцев значительно снижает их ценность. Горючая масса сланцев содержит 90% летучих веществ. Поэтому загораются горючие сланцы легко и горят желтым Коптящим пламенем. Теплота сгорания на рабочую массу Составляет 8,7-11,7 МДж/кг. Наличие в массе горючих сланцев до 90% балласта делает их Перевозку на большие расстояния нерентабельной. Поэтому Горючие сланцы используются как местное топливо для электростанций, промышленных установок и для бытовых нужд.

Горючие сланцы подвергаются перегонке при температуре около С,при этом получают: 1)Сланцевую смолу(из которой можно производить бензин, дизельное топливо, ихтиол, пек и т.д.) 2)Сланцевые газы(используются в качестве топлива) 3)Сланцевая зола(при изготовлении цемента, строительного кирпича и т.д.) Плотность горючих сланцев составляет 1,06-1,2 т/м 3,поэтому грузоподъемность вагонов при их перевозке используется полностью. Хранение горючих сланцев производится на открытых площадках. В процессе хранения сланцы подвержены самонагреванию и самовозгоранию в результате наличия окислительных процессов, аналогичных процессам штабелях угля. В качестве профилактических мер против самонагревания и самовозгорания на складах горючих сланцев хорошо зарекомендовали себя послойное уплотнение и укатка боковых откосов штабелей.

Ископаемые угли-твердые горючие полезные ископаемые осадочного происхождения. В состав углей входят: органическое вещество(продукт преобразования высших и низших растений с участием микроорганизмов), планктон, минеральные примеси и влага. На первой стадии образования угля растительные остатки превращаются в торф, а планктон-в сапропель. На второй стадии углефикации, т.е. увеличения содержания углерода с одновременным снижением содержания кислорода, образуются ископаемые угли, которые в зависимости от степени углефикации делятся на три группы: 1)Бурые угли- это ископаемые угли, имеющие высшую удельную теплоту сгорания влажной беззольной массы менее 23,8 МДж/кг. Содержание влаги в рабочей массе бурых углей для различных месторождений неодинаково и колеблется в пределах 12-57,5%. По содержанию влаги бурые угли делятся на три группы: Б1 содержит более 40% влаги в рабочей массе углей,Б %,Б3-менее 30%. Плотность бурых углей колеблется 0,65-0,85 т/м 3, они имеют небольшую твердость и малую механическую прочность. Ископаемые угли и их транспортная характеристика

2)Каменный уголь(уголь средней углефикации) содержит в горючей массе 75-97% углерода, 9- 45% летучих веществ, теплота сгорания 30,1-36,6 МДж/кг. Плотность каменных углей различных марок и месторождений неодинакова и изменяется в пределах 0,68-0,96 т/м 3. По выходу летучих веществ и спекаемости каменный уголь и антрацит делятся на марки: длиннопламенные, газовые, газово-жирные, жирные, коксовой-жирные, коксовые, тощие, слабоспекающиеся.

3)Атрациты имеют черную окраску, часто с сероватым оттенком и металлическим блеском. Куски антрацита отличаются значительной твердостью и хрупкостью. Плотность антрацитов составляет 0,85-1,15 т/м 3. Атрациты содержат сравнительно мало летучих веществ, влаги и золы.

Добыча ископаемых углей производится закрытым(в шахтах) и открытым(в разрезах) способами. Разработка углей в шахтах осуществляется механическими и гидравлическими методами. Добытые ископаемые угли засорены минеральными примесями пустой породы. Поэтому их обогащают путем удаления минеральных примесей и серы. Для обогащения ископаемых углей используются углемоечные машины, процессы флотации, сепарации и др. способы. Чем крупнее отдельные куски ископаемых углей, тем меньше содержание минеральных примесей и выше качество углей, поэтому после добычи производят сортировку ископаемых углей по размерам отдельных кусков. Классификация ископаемых углей по размеру кусков Смерзаемость. В зимний период ископаемые угли подвержены смерзанию, в особенности после гидродобычи и прохождения мокрого обогащения. Для предотвращения смерзания грузоотправители обязаны снизить влажность углей до безопасных пределов: каменные угли- 7%, бурые угли-30%,. Если это не возможно грузоотправитель должен применить профилактические мероприятия, направленные на предотвращение или уменьшение степени смерзания. Наименование класса Обозначение Размеры кусков, мм крупности ПлитныйП (300) КрупныйК ОрехО25-50 МелкийМ13-25 СемечкоС6-13 ШтыбШ0-6 РядовойР0-200(300)

Сыпучесть ископаемых углей характеризуется углом естественного откоса равным градусов. При расформировании штабелей сильно уплотненных влажных углей угол естественного откоса может достигать 90 градусов, что создает опасность обвалов. Склонность ископаемых углей к самонагреванию и самовозгоранию объясняется способностью поглощать кислород воздуха. По мере окисления происходит накопление и выделение тепла. Повышение температуры в штабеле угля ускоряет процесс окисления, т.е. усиливает процесс выделения тепла. В конечном итоге может произойти самовозгорание. Места очагов самонагревания могут быть определены по внешним признакам состояния поверхностей штабелей угля. К ним относятся: появление влажных пятен на поверхности штабеля или быстрое высыхание после дождя отдельных мест с образованием сухих пятен; появление белых пятен, исчезающих в дневное время или после дождя, появление над штабелем легкого тумана из теплого воздуха в утренние и вечерние часы, наличие невысыхающих влажных пятен

Применение каменного угля многообразно. Уголь используется как бытовое, энергетическое топливо, сырье для металлургической и химической промышленности, а также для извлечения из него редких и рассеянных элементов. Угольная, коксохимическая промышленность, отрасли тяжелой промышленности осуществляют переработку каменного угля методом коксования. Транспортировка на ж/д транспорте производится при помощи полувагонов.

Искусственное топливо получают для более эффективного использования естественных твердых видов топлива и удовлетворения специальных требований. К таким видам относят: 1)Кокс является важнейшим сырьем металлургической промышленности. Кокс выходит из коксовых печей в виде отдельных пористых и достаточно прочных кусков, устойчивых к истиранию. Органическая масса кокса содержит до 96-98% углерода, около 1% водорода и 0,5-2,5% серы. Рабочая масса кокса содержит 10-13% минеральных примесей и 3-5% воды. Теплота сгорания горючей массы металлургического кокса достигает 33,3МДж/кг Температура воспламенения кокса С. Искусственные виды топлива

Кокс с размером кусков более 25 мм называют также металлургическим. Качественная характеристика металлургического кокса по размеру кусков определяется коэффициентом К: К=(40÷80)/[(>80)+(25÷40)], (40÷80)-содержание кокса мм,% (25÷40)-содержание кокса класса мм,% (>80)-содержание кокса класса >80 мм,% Чем выше величина коэффициента К, тем равномернее гранулометрический состав и лучше условия выхода газов через массу кокса. В зависимости от размера кусков кокс сортируется на три класса: мелкий, орешек, доменный. В процессе перевозки имеют место потери кокса от выдувания и просыпания через неплотности кузова вагона. Для кокса каменноугольного установлены: норма естественной убыли в размере о,7% от массы груза дополнительно на каждую перевалку-1% и на каждую перегрузку из вагона в вагон-0,8%. Хранится кокс на открытых площадках. Характеристика классов кокса наименование Размер отдельных кусков,Примерный выход класса коксаммот обей массы,% Мелкий Орешек Доменный

2)Древесный уголь. При сухой перегонке древесины без доступа воздуха при температуре С происходит разложение органических веществ с выделением газов, скипидара, уксусной кислоты, смолистых веществ и других химических продуктов. Остаточным продуктом сухой перегонки древесины является древесный уголь- твердое горючее черного цвета. Рабочая масса древесного угля содержит около 10% влаги, 2% золы и органические горючие вещества(85-95% углерода, 2-4% водорода и кислород. Низшая теплота сгорания рабочей массы древесного угля составляет около 27,23МДж/кг. Древесный уголь относится к гигроскопическим материалам-он активно поглощает различные газы и пары. Это свойство используется в различных отраслях промышленности для очистки. Перевозка древесного угля производится в крытом подвижном составе. Грузоподъемность вагонов при перевозке древесного угля в зависимости от его плотности и типа подвижного состава используется на 20-48%.

3)Брикеты изготавливаются путем прессования на специальных прессах мелких, пылевидных или слабоструктурированных горючих материалов в куски правильной формы. По составу и тепловой ценности эти виды топлива близки к дровам. Для брикетирования используется топливо, имеющее однородную структуру и влажность не выше 15%. Плотность брикетов зависит от вида топлива и измеряется в пределах 0,6-1,0 т/м 3. При горячем брикетировании связующим материалом является смола. При холодном брикетировании в качестве связующих материалов используется каменноугольный пек, нефтяной битум, смола, патока и т.д.

Конец