Угольная промышленость - файл n1.doc

Угольная промышленость
скачать (297 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc297kb.20.11.2012 09:50скачать

n1.doc

  1   2   3
Содержание:

  1. Введение…………………………………………………....2

  2. Образование угля………………………………………....3

  3. Общетехнические стандарты…………………………...5

3.1 Технический анализ углей, влажность…………………………….5

3.2 Зольность , летучие вещества ………………………………………6

3.3 Теплота сгорания ………………………………………………...….7

3.4 Спекаемость………………………………………………………..…8

  1. Классификация углей……………………………...……..9

    1. Бурый уголь ………………………………………………………..9

    2. Антрацит……………………………………………………………11

    3. Древесный уголь…………………………………………………...12

    4. Белый уголь ,каменный уголь…………………………………….13

    5. Расшифровка марок угля ………………………………………....14

    6. Класс угля…………………………………………………………..15

  2. Способы добычи угля……………………………………….….17

  3. Угольные бассейны Украины………….…………….………..19

6.1 Донецкий каменноугольный бассейн (Донбасс)…………………19

6.2 Львовско-Волынский каменноугольный бассейн………………..21

  1. Вывод………………………………………………………23

  2. Интернет ссылки используемой литературы ……..……24


1.ВВЕДЕНИЕ:

Быстрое развитие производственных сил, связана с большим расходом топлива и углеводородного сырья, неравномерность и сложность добычи горючих ископаемых сопровождается ростом цен и увеличение транспортных расходов и материальных затрат. В химической индустрии наиболее неотложной задачей является перевод угольной базы производства связанного азота, синтетического метанола. Этот перевод сулит уменьшать крупнотонажность химических предприятий от сезонных колебаний в снабжении природным газом, освободить от применения значительных количеств жароупорных легированных сталей.

Переход на твердое топливо несёт и ряд негативных явлений для промышленного производства. Анализ, подготовка производства и преодоление трудностей является задачей науки. Работа с твердым топливом в аппаратурно-техническом плане сложнее, чем с жидкими и газообразными углеводородами. Добыча и транспортировка твердого топлива, его сушке, измельчение, подача в газогенератор, удаление золы, очистка технологического газа все это требует помощи механических и технологических приспособлений. Кроме того, все технологические операции требуют энергетических затрат.

Таким образом, переход на новую сырьевую базу связан: с ростом удельных капитальных затрат, уменьшение КПД процесса, увеличение расхода рабочей силы на тонну конечного продукта. Но с какими бы затратами не был связан этот переход, его нельзя рассматривать как альтернатива, это неизбежная необходимость. И чем раньше будет развита подготовка к этому переходу, тем он пройдет более безболезненно. Наиболее важным звеном при решении задачи- это проблема газификации твердого топлива- получение генераторного газа .

Угли ископаемые - твердые горючие полезные ископаемые; продукт преобразования растений. Основные компоненты: углефицированное органическое вещество, минеральные примеси и влага. Залегают обычно в виде пластов среди осадочных пород. Подразделяются на бурые, каменные угли и антрациты. Угли ископаемые используются в основном в энергетике, для получения металлургического кокса, в химической промышленности. Основные технологические характеристики: зольность, содержание влаги, серы, выход летучих веществ. Мировые запасы около 3700 млрд. т. В настоящее время угли используются в основном для производства энергии и получения кокса, в меньшей степени для получения газа и жидкого топлива. Основные тенденции роста потребления угля связаны со спросом на: 1 энергетический уголь, для производства электроэнергии, 2 коксующийся уголь для развития черной металлургии, 3 энергии как источник получения тепла в случае неизбежного перехода с жидкого и газообразного на твердое топливо, 4 уголь как источник получения различных элементов и веществ, 5 уголь для получения жидкого и газообразного топлива. Уголь является основой развития ведущих отраслей промышленности – энергетики, металлургии, химии и др. Быстрое развитие науки и техники, ускорение темпов перевооружения в промышленности, повышение требований к качеству обусловили интенсивное развитие стандартизации угольной продукции. На угольную продукцию действует 216 государственных стандартов, в том числе: три – общетехнических, устанавливающих основные термины, определения и номенклатуру показателей качества; 22 – классификационных, устанавливающих классификацию углей по маркам и технологическим группам, группам по степени окисленности, классам по размеру кусков и другим параметрам; 113 стандартов технических требований, устанавливающих требования к качеству угольной продукции по видам потребления; 78 стандартов методов испытаний, устанавливающих методы определения химических и физико-механических свойств угля.
2.Образование угля

Для образования угля необходимо обильное накопление растительной массы. В древних торфяных болотах, начиная с девонского периода, накапливалось органическое вещество, из которого без доступа кислорода формировались ископаемые угли. Большинство промышленных месторождений ископаемого угля относится к этому периоду, хотя существуют и более молодые месторождения. Возраст самых древних углей оценивается примерно в 350 миллионов лет.

Уголь образуется в условиях, когда гниющий растительный материал накапливается быстрее, чем происходит его бактериальное разложение. Идеальная обстановка для этого создаётся в болотах, где стоячая вода, обеднённая кислородом, препятствует жизнедеятельности бактерий и тем самым предохраняет растительную массу от полного разрушения. На определённой стадии процесса, выделяемые в ходе его кислоты предотвращают дальнейшую деятельность бактерий. Так возникает торф — исходный продукт для образования угля. Если затем происходит его захоронение под другими наносами, то торф испытывает сжатие и, теряя воду и газы, преобразуется в уголь.

Под давлением наслоений осадков толщиной в 1 километр из 20-метрового слоя торфа получается пласт бурого угля толщиной 4 метра. Если глубина погребения растительного материала достигает 3 километров, то такой же слой торфа превратится в пласт каменного угля толщиной 2 метра. На большей глубине, порядка 6 километров, и при более высокой температуре 20-метровый слой торфа становится пластом антрацита толщиной в 1,5 метра.

В результатах движения земной коры угольные пласты испытывали поднятие и складкообразование. С течением времени приподнятые части разрушались за счёт эрозии или самовозгорания, а опущенные сохранялись в широких неглубоких бассейнах, где уголь находится на уровне не менее 900 метров от земной поверхности.

Газификация угля – производство горючего (технологического) газа при неполном окислении органической массы угля, имеет давнюю историю с периодами бурного развития и спадами. Впервые горючий газ из угля получил англичанин Мэрдок в 1792 г. как попутный продукт при производстве Уголь в основном применяется в качестве топлива. До недавнего времени значительная сто часть сжигалась для обогрева домов. Сегодня уголь используется преимущественно для получения электроэнергии или в производственных процессах. Однако до начала широкомасштабной добычи природного газа многие страны получали газ из угля. Этот метод по-прежнему применяется в странах, не имеющих газовых месторождений.

Получение каменноугольного газа связано с производством кокса — бездымного топлива, необходимого для плавления железной руды. Кокс получают, нагревая уголь в герметичных печах, где он не горит ввиду отсутствия кислорода. Но при этом под действием тепла вытесняются аммиак, каменноугольная смола, газ. и лёгкие масла, и остаётся лишь твёрдое вещество. Это и есть кокс.

Уголь служит сырьём для различных изделий. Аммиак, каменноугольная смола и лёгкие масла, получаемые при производстве кокса, используются для изготовления красок, антисептиков, медикаментов, моющих средств, духов, удобрений, гербицидов, ядохимикатов и бытовой химии. Из угля можно получать даже заменитель сахара — сахарин.

Существуют три основных типа ископаемого угля. Степень его изменения по сравнению с изначальным торфом определяет уровень сто метаморфизма (или углефикации).
Меньше всего изменился лигнит, или бурый уголь. В нем содержится наименьшее количество углерода (около 30%), а при его сгорании образуется много дыма и выделяется мало тепла. Самым распространённым и теплоёмким является битуминозный уголь, отличающийся большим разнообразием сортов. Обычно в пластах этого угля перемежаются тусклые и глянцевитые прослойки. Глянцевитые прослойки образовались из остатков деревьев, а тусклые — из более мелкой растительности. В битуминозном угле содержится мягкое вещество, напоминающее древесный уголь; именно оно пачкает нам руки.

У антрацита наивысшая степень метаморфизма. Он на 98% состоит из углерода и отличается высокой твердостью и чистотой. Его трудно зажечь, но при горении он даёт очень горячее пламя с малым количеством дыма. Большая часть залежей угля образовалась 360–286 млн. лет назад, причём его было так много, что геологи назвали этот период каменноугольным. Источником угольных месторождений были доисторические тропические леса, произраставшие в болотистой местности и отличавшиеся от современных. В большинстве своём они состояли из гигантских древовидных папоротников, а также из крупных хвощей и ряда более мелких растений.

Отмиравшие древовидные папоротники и прочая растительность осыпались в болота. В болотной воде очень мало кислорода, ускоряющего процесс разложения бактериями органического материала, поэтому медленно гниющие деревья превращались в торф — первая стадия образования угля. В процессе торфообразования выделялся метан, или болотный газ.

Торф, уплотняясь, превращался в уголь. Из слоя торфа толщиной 10–15 м образуется тонкий (около 1 м) пласт угля. Первый этап уплотнения проходил в древних болотах по мере того, как появлялись все новые слои гниющей растительности, под массой которых спрессовывались нижние пласты.

В каменноугольный период происходило поднятие земной коры, в результате накапливались поверх торфа. Впоследствии слои грунта и торфа были погребены под морскими водами, а затем вновь вышли на поверхность.

Образовывались другие болота, где появлялись новые отложения торфа. Этот процесс, называемый циклическим осадконакоплением, повторялся много раз. В угольных районах имеется ряд расположенных один над другим пластов угля, разделённых слоями осадочных пород. Толщина этих пластов колеблется от нескольких миллиметров до многих метров.

Уголь считается самой необычной породой по двум причинам. Во-первых, он образуется из органического материала некогда живой ткани — и, во-вторых, в отличие от других пород, он может гореть и выделять тепло.

Добыча угля связана с риском для жизни, и, несмотря на строгие меры безопасности, ежегодно под землёй погибают сотни шахтёров. Да и сжигание угля чревато экологическими последствиями и приводит ко многим заболеваниям.
Угольные газы также содержат соединения серы, вызывающие кислотные дожди. В результате наносится вред растительности, гибнет рыба и другие представители водной фауны, разрушаются здания.

Углекислый газ — один из основных продуктов сжигания угля. Он относится к газам, являющимся причиной «парникового эффекта»: тепло поглощается атмосферой, а не уходит в открытый космос, вследствие чего происходит глобальное потепление климата.

3.Общетехнические стандарты

Для успешной деятельности в области стандартизации угля, как и в любой другой области науки и техники. Необходима точная и научно обоснованная терминология. Установление единой научной и технической терминологии в области стандартизации является обязательным условием, так как термины представляют собой неотъемлемую часть всей нормативно-технической, конструкторской и технологической документации. В угольной промышленности действуют два стандарта на термины и определения: ГОСТ 17070-79 «Угли. Термины и определения» и ГОСТ 17321-71 «Уголь. Обогащение». Эти стандарты устанавливают применяемые в науке, технике и производстве термины и определения основных понятий анализа, классификации и обогащения углей. Термины, установленные стандартами, обязательны для применения в документах всех видов, в научно-технической, учебной и справочной литературе. Для каждого понятия установлен один стандартизированный термин. Применение терминов – синонимов не допускается. ГОСТ 17070-79 состоит из трёх разделов (основные понятия, состав углей, свойства и анализ углей) и содержит 116 терминов и определений. ГОСТ 17321-71 состоит из пяти разделов (общие понятия, основные процессы обогащения угля, вспомогательные процессы обогащения угля, продукты обогащения угля и показатели обогащения угля) и содержит 81 термин и определение. На угли бурые, каменные, антрацит и горючие сланцы действует ГОСТ 4.19-77, устанавливающий номенклатуру показателей качества топлива.

3.1.Технический анализ углей

Все виды твердых горючих ископаемых объединяют в себе две составляющие: органическое вещество и минеральную компоненту, которую прежде рассматривали как балласт, но теперь все чаще считают источником ценного минерального сырья, в частности редких и рассеянных элементов. Для оценки возможностей и режимов переработки горючих ископаемых применяют технический анализ, позволяющий определить направления использования их как энергетического и химического сырья. Под техническим анализом понимается определение показателей, предусмотренных техническими требованиями на качество угля. 

В технический анализ обычно объединяются методы, предназначенные для определения в углях и горючих сланцах зольности, содержания влаги, серы и фосфора, выхода летучих веществ, теплоты сгорания, спекаемости и некоторых других характеристик качества и технологических свойств. Полный технический анализ проводится не всегда, часто бывает достаточно провести сокращенный технический анализ, состоящий в определении влажности, зольности и выхода летучих веществ.

Влажность

В связи с тем, что молекулы воды могут быть связаны с поверхностью угля силами разной природы (абсорбция на поверхности и в порах, гидратирование полярных групп макромолекул, вхождение в состав кристаллогидратов минеральной части) при разных способах выделения влаги из угля получаются различные величины его обезвоженной массы и, соответственно, разные значения влажности. 

Масса угля с содержанием влаги, с которым он отгружается потребителю, называется рабочей массой угля, а влага, которая выделяется из нее при высушивании пробы до постоянной массы при 105oC, называется общей влагой рабочей массы угля. 

Содержание влаги в горючем ископаемом характеризуется его влажностью. Эта величина выражается отношением массы выделившейся при температуре обезвоживания влаги к массе анализируемого образца. Влажность обозначается буквой W (Wasser). 

Влага угля снижает полезную массу при перевозках, на ее испарение тратится большое количество тепла при сжигании топлива, кроме того, зимой влажный уголь смерзается. 

Общее содержание влаги меняется в зависимости от степени углефикации ископаемого в следующем ряду.  

Торф > Бурые угли > Антрациты > Каменные угли.

3.2.Зольность

В ископаемых углях содержится значительное количество (2-50 %) минеральных веществ, образующих после сжигания золу. Зольный остаток образуется после прокаливания угля в открытом тигле в муфельной печи при температуре 850±25oС. Зола на 95-97% состоит из оксидов Al, Fe, Ca, Mg, Na, Si, K. Остальное - соединения P, Mn, Ba, Ti, Sb и редких и рассеянных элементов. 

Зольность обозначатся буквой Аd (Asche) и выражается в мас.%. Суммарное содержание влаги и золы называют балластом. Содержание собственно минеральных веществ обозначается буквой М. Оно определяется с помощью физических и физико-химических методов (например, микроскопический, рентгеноскопический, радиоизотопный).

Летучие вещества

Летучие вещества - паро- и газообразные продукты, выделяющиеся при разложении органического вещества твердого горючего ископаемого при нагревании в стандартных условиях. Выход летучих веществ обозначается символом V (volativ), выход на аналитическую пробу Va, на сухое вещество Vd, сухое и беззольное Vdaf. Эта характеристика важна для оценки термической устойчивости структур, составляющих органическую массу угля. Выход летучих веществ при прокаливании послужил основой для одной из классификаций углей по маркам.



Марка

Обозначение
Марки    Группы


Выход летучих
веществ Vdaf,%


Толщина пластического
слоя Y,%


Длиннопламенный

      Д      




более 37

 

Газовый

Г

Г6 Г7

более 37

17 - 25

Газовый жирный

ГЖ

-

более 31 -37

17 - 25

Жирный

Ж

1Ж26 2Ж26

более 33

26 и более

Коксовый жирный

КЖ

КЖ14 КЖ6

25 - 31

6 - 25

Коксовый

К

К13 К10

17 - 25

13 - 25

Коксовый второй

К2

-

17 - 25

6 - 9

Отощённый спекающийся

ОС

-

менее 17

6 - 9

Слабоспекающийся

СС

1CC 2CC

25 - 35

 

Тощий

Т

-

менее 17

 

Антрацит

А

-

менее 10

 

3.3.Теплота сгорания

Теплота сгорания - это основной энергетический показатель угля. Она определяется экспериментально путем сжигания навески угля в калориметрической бомбе или расчетным путем по данным элементного анализа

Различают высшую теплоту сгорания угля Qs как количество теплоты, выделившееся при полном сгорании единицы массы угля в калориметрической бомбе в среде кислорода и низшую удельную теплоту сгорания Qi как высшую теплоту сгорания за вычетом теплоты испарения воды,выделившейся и образованной из угля во время сгорания. Высшая теплота сгорания часто определяется на беззольное состояние угля Q s af, а низшая на рабочее состояние Qir. Д.И. Менделеевым была предложена формула для расчета высшей теплоты сгорания по данным элементного анализа (кКал/кг): 

Qsaf=81°С+300Н-26(О-S), где С, Н, О, S - массовая доля элементов в веществе ТГИ, %. 

Высшая теплота сгорания основных твердых топлив:


Торф

5500-5700 кКал/кг

23-24 МДж/кг

Бурый уголь 

6100-7700 кКал/кг

26-32 МДж/кг

Каменный уголь 

7700-8800 кКал/кг

32-37 МДж/кг

Антрацит

8000-8500 кКал/кг

34-36 МДж/кг

3.4.Спекаемость

 Одним из наиболее важных, если не важнейшим, направлением использования каменного угля является его переработка в металлургический кокс - твердый продукт высокотемпературного (>900C) разложения каменного угля без доступа воздуха, обладающий определенными свойствами. Далеко не все угли способны спекаться, т.е. переходить при нагревании без доступа воздуха в пластическое состояние с последующим образованием связанного нелетучего остатка. Если этот спекшийся остаток отвечает требованиям, предъявляемым к металлургическому коксу, то говорят о коксуемости угля. Таким образом, коксуемость есть спекаемость, но первое понятие более узкое. Спекаются угли марок Г, Ж, К, ОС, но металлургический кокс можно получить только из углей марки К или из смеси углей, которая по свойствам приближается к ним.

Элементный анализ ТГИ 

Как уже говорилось, органическая масса всех видов ТГИ состоит из С, Н, О, S и N. Суммарное их количество превышает 99мас.% в расчете на органическое вещество любого угля и торфа.

Содержания углерода и водорода

Углерод и водород определяют по выходу СО2 и Н2О при сжигании навески угля в токе кислорода. Эти оксиды улавливают в поглотительных аппаратах, заполненных растворами КОН и Н2SO 4 соответственно. Последние взвешивают до и после сжигания навески и по разности масс рассчитывают содержание С и Н в пробе, обычно в мас.%. Надо отметить, что при этом результаты могут быть искажены за счет поглощения воды и углекислого газа, имеющих неорганическое происхождение, и образовавшихся за счет термического разложения минеральных компонентов угля.

Содержание азота

Содержание азота в углях невелико, обычно не превышает 1 %, изредка достигая 3-4 %. Содержание серы 

В целом более распространена в углях сера. Ее содержание составляет от долей процента до 10-12%. Различают сульфатную (SSO4), пиритную (Sp) и органическую серу (So), суммарное содержание их называется общей серой (St). Содержание серы, устанавливаемое по данным элементного анализа, является важной характеристикой, которая определяет особые требования к переработке и использованию сырья, отличающегося ее высокой концентрацией. Выделяющиеся летучие серосодержащие продукты, такие как Н2S и SO2, крайне опасны при попадании в окружающую среду, а при проектировании производств, следует учитывать их высокую коррозионную активность.
4.Классификация углей

Одним из важнейших направлений стандартизации углей является их классификация по маркам и технологическим группам, по размеру кусков, группам степени окисленности и другим признакам. Классификация по маркам и технологическим группам построена по принципу возрастающей углефикации от бурого угля до антрацита. Углефикация – фаза углеобразования, в которой торф последовательно превращается в бурый, каменный уголь и антрацит. Степень углефикации – характер и глубина диагенеза и метаморфизма угля. В зависимости от параметров, устанавливаемых нормативно-технической документацией, различают три степени углефикации: низшую, среднюю и высшую. Марка угля – условное обозначение разновидности угля, близкого по генетическим признакам, основным энергетическим и технологическим свойствам. Бурый уголь – уголь низшей степени углефикации, образующийся из торфа в результате диагенеза. Каменный уголь – уголь средней степени углефикации, образующийся из бурого угля в результате метаморфизма. Каменный уголь в порядке возрастания степени углефикации разделяется на следующие марки: Д – длиннопламенный, Г – газовый, Ж – жирный, К – коксовый, ОС – отощенный спекающийся, СС – слабоспекающийся, Т – тощий, ГЖ – газовый жирный, КЖ – коксовый жирный и др. Антрацит относится к углю высшей степени углефикации, образующегося из каменного угля в результате метаморфизма. Классификация на группы по степени окисленности. В угольной промышленности действует два стандарта, устанавливающие группы по степени окисленности: ГОСТ 14834-76 и ГОСТ 10020-83. ГОСТ 14834-76 распространяется на окисленные бурые угли в зависимости от высшей теплоты сгорания в сухом беззольном состоянии топлива и массовой доли общей влаги в рабочем состоянии топлива устанавливает группу окисленности. ГОСТ 10020-83 распространяется на окисленные каменные угли и антрацит, добываемые открытым способом, и устанавливает классификацию по группам в зависимости от величины относительного уменьшения высшей теплоты сгорания на сухое беззольное топливо и количества выветренной массы угля. Группа по степени окисленности угля указывается в документе о качестве. Классификация по размеру кусков. Механизация добычи приводит к увеличению содержания мелочи и дефициту средне- и крупнокускового топлива. Пылеподавление в шахтах повышает влажность углей, что затрудняет их рассортировку. ГОСТ 19242-73 «Угли бурые, каменные и антрацит. Классификация по размеру кусков».

Ископаемые угли - 1 бурые, 2 каменные, 3 антрациты.

4.1.Бурый уголь(лигни́т)  - низший член общего генетического ряда ископаемых углей; мягкие, плотные, полевой, коричневый; твёрдый ископаемый уголь, образовавшийся из торфа, влажность 60%; характеризуется цветом, содержание углерода 63-71%, теплота сгорания 25,5-33,5 МДж/кг. Используется как местное топливо, а также как химическое сырье.
  1   2   3


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации