ГЛАВА 2
Анализ ресурсной базы и лабораторное исследование процессов газификации углей и
утилизации отходов
2.1. Общая характеристика углей Украины и их свойств с позиций
газификации
Балансовые запасы углей Украины по состоянию на 01.01.2005 г. представлены в
таблице 2.1 [58].
Таблица 2.1
Балансовые запасы и добыча углей марок ДГ, Г, Т, А (млн.т.)
Марка
Балансовые запасы на 01.01.2005 г.
Добыча в 2005 г.
(тыс.т)
А+В
А+В+С1
С2
6313,8
1365,9
14864,4
838,2
2659,3
578,6
5733,4
2794,1
8064,6
2616,0
17703,5
Гкокс
2047,3
5657,2
1766,8
8128,7
ДГ
2250,8
6862,1
2073,2
9180,5
Бурый
2575,9
320,4
1063,0
Анализируя данные табл. 2.1, следует констатировать, что запасы
малометаморфизованных углей марок ДГ и Г составляют: по категориям А+В
(разрабатываемые и подготовленные к разработке запасы) 5,04 млрд.т.; А+В+С1
(добавились запасы детальной разведки) – 14,9 млрд.т; С2 – (предварительно
разведанные запасы) – 4,7 млрд.т. Запасы тощих углей по категориям А+В+С1
составляют 2,7 млрд.т. и с учётом категории С2 могут увеличиться до 3,3
млрд.т.
В табл. 2.2 приведены основные характеристики углей Украины. Имеющиеся запасы и
добываемые угли характеризуются широким диапазоном химического состава и
свойств. В этом диапазоне имеется большое количество углей, пригодных для
использования в рамках поставленной задачи их газификации на металлургических
предприятиях.
Таблица 2.2
Характеристика углей Украины
Показатели
Типы углей, марки
антрацит А
тощий Т
газовый Г
длиннопламенный Д
бурый Б
Местонахождение:
Донецкий бассейн
Буроугольный
бассейн
Состав рабочей массы:
зола, Аd, %
летучие, Vdaf
сера, Sdt
влага, Wr, %
Сdaf
Hdaf
Ndaf
[60]
22,9
3,5
1,5
8,5
63,8
1,2
0,6
[62]
<8 – 37,5
<9
1,9
7,0
89,2
1,3–3,0
0,1–1,3
[60]
23,8
15,0
2,0
5,0
62,7
3,1
0,9
[63]
18,5
9–17
2,3–5,8
5,0
85,0–90,0
3,4–4,4
1,2
[60]
23,0
40,0
2,0–3,5
8,0
55,2
3,8
1,0
[59]
21,8
44,0
1,5
13,0
49,3
3,6
1,0
[63]
17,5
>37
0,7–10,3
13,0–16,0
76,0–86,0
5,0–6,0
1,8
[62]
15,0
61,0
4,0
58,0
69,5
6,1
0,9
Низшая теплотворность (ккал/кг) / (кДж/кг) [60]
5390
22568
5780
24200
5260
22024
4680
19595
2050
8583
Состав золы, %
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
TiO2
Fe2O3
Na2O
K2O
[60]
52,0
22,0
4,0
2,0
15,0
1,5
3,5
[63]
8,5–51,7
6,2–53,3
1,7–32,9
0,1–5,3
13,7–30,4
[60]
40,0
26,5
8,0
2,0
22,0
0,75
0,75
[60]
50,4
24,3
2,8
1,1
0,7
16,7
1,1
2,9
[60]
52,7
25,7
2,0
0,9
1,0
14,1
1,0
2,6
[61]
29,98
12,58
0,68
0,79
3,82
1,44
2,16
[61]
49,99
24,06
1,75
2,57
0,91
1,01
1,89
[63]
3,8–66,9
1,1–32,0
1,9–35,4
от следов до 8,3
2,4–29,7
SO3 = 1,9–44,5
P2O5 = до 0,02
Характеристика
нелетучего остатка [60]
Порошкообразный
Порошкообразный, слипшийся, слабоспекшийся
Спекшийся
От порошкообразного до слабоспекшегося
Порошкообразный
Тем-ра плавления золы, °С:
начало деформации, t1
начало размягчения, t2
нач. жидкого состояния, t3
нач. жид. шлакоудал. tmax
[60]
1100 (920–1260)
1200 (1100–1450)
1250 (1150 – >500)
1450 (1350–1550)
[60]
1060 (990–1170)
1200 (1050–1300)
1250 (1100–1400)
1300
[60]
1050 (1000–1200)
1200 (1100–1300)
1280 (1200–1400)
1400
[60]
1000 (940–1260)
1200 (1080–1400)
1280 (1160–1400)
1400
1050–1480
1100 – >1500
1130 – >1500
1440
Тем-ра смоловыделения:
начало
конец
[63]
~380
470
[63]
~320
400
[63]
~210
250–350
[63]
~170
300–400
[63]
~160
225–230
Прочностная
характеристика
Механическая прочность не менее 70%
До 50–60%
Некоксующиеся угли, определенные как сырьевая база для технологии газификации в
доменной печи представлены крайними позициями в шкале метаморфизма углей:
бурый и длиннопламенный уголь – в начале; антрациты – в конце шкалы. Свойства
этих углей с позиций газификации в доменной печи существенно отличаются.
Распад органической массы в результате разрыва ковалентных связей с
образованием газовой фазы (начало термической деструкции) у бурого угля
происходит при температуре >160°С, у длиннопламенного – >170°С, тощего – 320°С,
а у антрацита – >380°С [63].
Отмечается, что наибольшая интенсивность газовыделения при нагреве каменных
углей наблюдается в области температур от 300 до 400°С, а при достижении 700°С
количество образующихся летучих продуктов резко падает, после чего при
900–1000°С эта величина вновь несколько повышается.
Характеристика некоксующихся углей по смоловыделению следующая (% к
органической массе): бурый – 7,5–9,8; длиннопламенный – 4,8–6,4; антрациты –
0,1–0,13. Близки к антрацитам по этому признаку тощие угли.
Термостойкость углей характеризует способность сохранять прочность кусков в
условиях термомеханических воздействий. Она определяется как процент кусков
крупностью >25 мм после нагрева угля до температуры 900°С и испытания его в
барабане. Вследствие неоднородности химических и механических свойств углей
(в том числе и одной марочной группы) механическая термостойкость их
колеблется в широких пределах. Так, бурые угли практически не имеют
механической термостойкости, механическая термостойкость длиннопламенных углей
– на уровне 5–15%, а у антрацитов – 25–58%. Термостойкость тощих углей подлежит
уточнению. На термостойкость углей большое влияние оказывает скорость их
нагревания (чем выше скорость нагревания, тем ниже термостойкость), что важно
для условий доменной печи и накладывает определенные требования на формирование
температурного поля, которое характерно неравномерной скоростью нагрева (от
300°С до 600°С в час).
Исходя из изложенного