Характеристика бурых углей

Показатели, %	Месторождение угля
Южно- Уральское	Ирша-Бо- родинское	Подмосков- ное	Бикинс- кое	Челябин- ское
Зольность А р	16,0	6,3	30,6	35,0	24,4
Влажность W р	10,0	8,2	32,1	10,5	9,1
Выход летучих	63,6	47,0	48,0	50,4	39,0
Состав горючей массы С	69,5	70,7	67,6	65,4	71,0
Н	6,6	5,7	5,17	5,5	4,4
О	21,8	22,9	26,0	26,5	23,0
N	0,6	0,7	1,22	1,8	1,4
Содержание серы S	2,92	0,3	4,34	0,44	1,97
В том числе: пиритной	1,23	0,01	2,49	0,07	0,1
сульфатной	0,13	0,02	0,65	0,03	0,29
органической	1,46	0,27	1,2	0,34	1,58
Содержание гуминовых кислот в горючей массе	68,0	37,7	17,0	22,0	2,3

Промышленная классификация бурых углей предусматривает разделение их на группы по влажности и зольности и на сорта по крупности кусков. По содержанию влаги в рабочем топливе (W ^р) бурые угли делятся на три группы: Б1, Б2 и Б3 при W ^р>40, W ^р=30…40 и W ^р<30 % соответственно. По зольности сухой массы (А ^с) бурые угли в зависимости от бассейна делятся на ряд групп (от трех до пяти). По размерам кусков бурые угли разделяются на сорта: БК (бурые крупные – с размерами кусков от 50 до 100 мм); БО (бурый орех – куски от 25 до 50 мм); БМ (бурые мелкие – куски от 13 до 25 мм); БР (бурый рядовой – куски до 200 мм для шахт и до 300 мм для карьеров).

Месторождение бурых углей в нашей стране имеются повсеместно, и запасы их весьма велики. Только в Канско-Ачинском бассейне геологические запасы бурых углей оцениваются в 600 млрд т, из которых 140 млрд т можно добывать открытым способом.

Еще более крупные запасы углей сосредоточены в Тунгусском бассейне (несколько триллионов тонн). Крупные залежи бурых углей имеются в Казахстане, Украине, в центральной зоне Российской Федерации, в Средней Азии и на Дальнем Востоке.

Из-за высокого содержания балласта и малой механической прочности бурые угли нетранспортабельны на большие расстояния и относятся, как и торф, к категории местных топлив. Однако разработанные различные технологии их подготовки позволяют превращать бурые угли в транспортабельное топливо, что в сочетании с новыми способами сжигания (например в кипящем слое) существенно расширит возможности их перевозки и сделает более эффективным их сжигание на электростанциях.

Перспективно энерготехнологическое или энергохимическое использование бурых углей, при котором на их основе можно получать синтетическое жидкое топливо, химическое сырье, различную товарную продукцию.

Каменные угли. Изменение органического вещества горючих ископаемых на каменноугольной стадии протекает под действием ряда геологических факторов в зонах повышенной тектонической активности. Главным фактором, по-видимому, является температура (предполагают, что формирование каменных углей происходило при температурах 250-350 °С). Установлено, что некоторые горные породы и минеральные включения в угольной массе (например оксиды железа, алюминия и др.) могут играть роль катализаторов ряда реакций в веществе угля. В результате этого происходит дальнейшее обогащение органического материала углеродом с потерей им кислород- и водородсодержащих соединений, образующих оксид и диоксид углерода, воду, метан. Содержавшиеся в буром угле гуминовые кислоты на каменноугольной стадии превращаются в нерастворимые нейтральные гумины.

Каменные угли весьма разнообразны по химической зрелости, в связи с чем их классифицируют по ряду признаков: выходу летучих веществ, отнесенному к горючей массе топлива, V ^г, спекаемости твердого остатка, определяемой при нагреве топлива без доступа воздуха до температуры 850 °С в стандартных условиях, и теплоте сгорания по бомбе на горючую массу . В принятой классификации каменные угли подразделяются на следующие марки (с обозначением марок): длиннопламенный (Д), газовый (Г), газовый жирный (ГЖ), жирный (Ж), коксовый (К), коксовый жирный (КЖ), коксовый второй (К2), отощенный спекающийся (ОС), слабоспекающийся (СС), тощий (Т). Число марок углей и их характеристика определяются ГОСТ для каждого бассейна.

Запасы каменных углей в РФ также весьма велики, при этом большая их часть подобно бурым углям сосредоточена в Сибири. Среди крупнейших каменноуголных бассейнов страны сегодня разрабытваются Кузнецкий, Печорский, Южно-Якутский, Кизеловский.

Каменные угли обладают относительно меньшим содержанием золы и влаги, чем бурые угли: А ^р = (5…15) %; W ^р =(5…10) %. Вследствие этого их теплота сгорания оказывается большей:

Q _н^р = (23…27,3) МДж/кг (5500…6500 ккал/кг).

Антрацит. Антрацит является конечным итогом преобразования углей. Это разновидность угля характеризуется весьма высокой степенью углефикации (содержание углерода в горючей массе достигает 94 – 96 %), высокой твердостью и плотностью, низкой влажностью и четко выраженной мелкокристаллической структурой природного графита. Из-за повышенной хрупкости добыча антрацита сопровождается образованием большего количества мелочи (с размерами кусков менее 6 мм) – так называемого штыба. Антрацитовый штыб (АШ) является относительно низкосортным энергетическим топливом, сжигание которого было впервые в мире в широких масштабах организовано на электростанциях СССР еще в довоенный период.

У этих углей малый выход летучих (V ^г = 2…9 %).

Теплота сгорания таких углей достаточно высокая: Q _н^р = 34,5 МДж/кг (8300 ккал/кг). Угли, по своим характеристикам находящиеся между каменными углями и антрацитами, называют полуантрацитами. Выход летучих у таких углей составляет V ^г = (5…10) %, а теплота сгорания несколько больше, чем антрацитов (Q _н^р = 35 МДж/кг). Полуантрациты и антрациты разделяются по объемному выходу летучих веществ в условной горючей массе V ^г_об: полуантрациты – (220…300) см³/г, антрациты – менее 220 см³/г. Теплота сгорания летучих веществ для антрацитов – 43,1 МДж/кг, полуантрацитов – 48,2 МДж/кг.

Горючие сланцы. Горючие сланцы относятся к классу сапропелитов, сильно забалластированных осадочными породами (песком, глиной), содержание которых достигает 70 %. При содержании балласта свыше 70 % сжигание сапропелита в обычных топочных устройствах (слоевых или камерных) становится невозможным, однако в топках с кипящим слоем можно сжигать горючие сланцы, содержащие менее 30 % горючего органического вещества.

Будучи типичным низкосортным топливом, сланцы вместе с тем являются ценным сырьем для производства синтетического жидкого топлива и горючего газа, в частности при их комплексном использовании. Определенную ценность представляет также сланцевая зола как строительный материал и продукт для раскисления почв в сельском хозяйстве.

Наша страна располагает большими запасами сланцев. Месторождения сланцевого топлива имеются в областях Куйбышевской, Саратовской, Ульяновской, Ленинградской и др.

Зольность сланцев очень большая и доходит до А ^р =(50…60) %. Вследствие большого балласта их теплота сгорания низкая Q _н^р = (5,87…10) МДж/кг (1400…2000 ккал/кг). В горючей массе содержание водорода оказывается высоким Н ^р = (7,5…9,5) %, что обусловливает большой выход летучих, достигающий (80…90) %, и их легкую воспламеняемость.

Древесное топливо и городской мусор. К этой категории топлива кроме собственно дров относят также различного рода растительные отходы, образующиеся как при рубке леса, так и при его дальнейшей переработке (пни, сучья, ветви, вершинные части деревьев, обрезки, щепа, стружка, опилки, так называемые отпады: хвоя, листва, валежник, корье), отходы растениеводства: солома, костра, лузга, стебли некоторых растений и т. п.

Органическая часть древесины и других растительных образований состоит в основном из углеводов и в меньшей мере из белков, жиров, восков и смол, входящих в состав растительных клеток или заполняющих межклеточное пространство растительной ткани. Основными компонентами углеводов является целлюлоза (С₆Н₂₄О₅)_х, из которой построены стенки клеток, гемицеллюлоза, представляющая собой гидролизирующуюся часть целлюлозы, и особое инкрустирующее вещество, заполняющее межклеточные промежутки – лигнин (С₉Н₂₄О₁₀). Содержание целлюлозы в органической части многоклеточных растений достигает 60 %, содержание лигнина колеблется в пределах 20…30 %, в зависимости от породы и возраста древесины. Содержание минеральных солей в основной древесине составляет 0,21 %, в березовой − 0,29…0,38 %, в дубовой − 0,37 %, в еловой − 0,22…0,37 %. Однако в коре, листьях, а также в стеблях однолетних растений содержание минеральных солей значительно больше и составляет: в еловой коре − 5,77 %, в буковой − 8,84 %, в соломе – от 3,3 до 7,2 %, в лузге − 2,31 %, камыше − 7,4 %. Элементный состав и характеристика древесного топлива различных видов приведены в табл. 6.

Таблица 6