Минеральные примеси

Присутствие в углях минеральных примесей снижает их теп­лоемкость, так как теплоемкость большинства минеральных соединений, присутствующих в качестве примесей в углях, зна­чительно ниже теплоемкости органической массы углей.

На рис. 35 изображены температурные зависимости средней удельной теплоемкости некоторых материалов в интервале 0— 1000° С. Путем сопоставления Н. Киров [77] установил, что средние теплоемкости этих материалов довольно близки и в большинстве случаев они с повышением температуры линейно растут от 0,17—0,2 до 0,24—0,26 ккал/(кг-°С), что позволило ему предложить для расчета теплоемкости минеральных при­месей углей линейное уравнение

Са = 0,18 + 7-10-57\ ккал/(кг-° С), р/Ш. З)

Дающее несколько лучшие результаты, нежели известное урав­нение Л. И. Гладкова и А. Н. Лебедева [78], выведенное для интервала 0—500° С

Са = 0,17+12-10~57′, ккал/(кг-0 С). р/П1.4)

Теплоемкость глинозема АЬОз, содержание которого в ми­неральной части углей бывает значительным, существенно от­личается от теплоемкости большинства других неорганических соединений. Для уточнения температурной зависимости тепло­емкости минеральных примесей отечественных углей авторами были выполнены определения истинной и эффективной тепло­емкости золы и минеральных примесей углей Донбасса в ин­тервале 20—1000°С [79].

Для получения пробы минеральных примесей, характерной для Донбасса в целом, были смешаны в равных количества^, отходы обогащения пяти углеобогатительных фабрик. Затем проба была озолена (табл. VII 1.4).

Сп, кДж/(кгК) 126

подпись: сп,кдж/(кгк) 126

0,20

подпись: 0,20

Рис. 35. Средняя удель­ная теплоемкость неко­торых материалов:

/ — расчет по уравнению (VIII.4); 2 — то же, (VIII.3);

3 TOC \o "1-5" \h \z — MgO; 4 — АЬ03; 5 —

Клинкер портландцемента; в — доменный шлак: 7 —

Si02 : 8— 50% РвгОз+

+50% Fe304+CaCO3; 9 —

CaO; 10 — огнеупорный кир­пич; // —зола каменного угля: 12 — зола бурого уг­

Ля; 13—зола кокса

5

І г\1\

A —1

Li’" і

9

Hin ^

П 1

Р "

Сц, ккал/(кг-вС) 0,30

0,25

1,05

0,84

200

400 600 600 Т. °С

О

Таблица VIII.4 Состав проб минеральных включений и золы углей Донбасса, %

Проба

SI02

АІаОз

FeaOa

CaO

MgO

KsO

Na20

SO,

Минеральные вклю­чения Зола

55,0

53,9

24,0

24,6

11,4

13,6

1,9

3,0

2.3

1.4

2,6

2,9

2,1

1.3

1.4

0,3

Результаты определения теплоемкости обеих проб приведе­ны в табл. VIII. 5. Теплоемкость золы линейно растет с повы­шением температуры лишь до 400—450° С; при более высокой температуре эта зависимость отклоняется от линейной. Обра­ботка экспериментальных данных по теплоемкости золы пока­зала, что с погрешностью менее 1 % ее температурная зависи­мость описывается уравнением

С а = 0,168+2,07 • 10~47′-7,52 • 10"11Р, ккал/ (кг •0 С). (VI11.5)

Сзш, ккал/(кг °С) 0,8————

подпись: сзш, ккал/(кг °с) 0,8

Сщ, кДж/(кгК) ————- 3,36

подпись: сщ,кдж/(кгк) 3,36 Минеральные примесиНа рис. 36 изображена температурная зависимость эффек­тивной теплоемкости минеральных примесей. Максимум Сэф при температуре 600° С обусловлен значительным эндотерми­ческим эффектом разложения глинистых минералов и пирита.

Рис. 36. Температурная зависимость эффективной теплоемкости минераль­ных примесей углей Донбасса

Таблица УШ.5 Теплоемкость золы и минеральных примесей углей Донбасса

Температура>

Зола

Минеральные

Примеси

Температура,

°С

Зола

Минеральные

Примеси

20

0,712

9,779

550

1,11

2.52

0,170

0,185

0,265

0,600

50

0,728

0,809

600

1,14

3.22

0,174

0,183

0,271

0.770

100

0.770

0,886

650

1,16

2,16

0,184

0,207

0,276

0,515

150

0,815

0,930

700

1,17

1,61

0,195

0,222

0,280

0,385

200

0,856

0,988

750

1,18

1,38

0,205

0,236

0.282

0,330

250

0.905

1,05

800

1,21

1,33

0,216

0,250

0,288

0,319

300

0,942

1,10

850

1,22

1,37

0,225

0,262

0,291

0,328

350

0,971

1,17

900

1,23

1,45

0,232

0,280

0,293

0,346

400

1,01

1,26

950

1,24

0,240

0,300

0.297

450

1,05

1,37

1000

1,26

0,251

0,328 —

0.300

500

1,08

1,65

‘ 0,257

0.323

Примечание. Числитель — кДж/(кг • К). знаменатель — ккал/(кг.°С).

Относительно низкие значения эффективной теплоемкости в ин­тервале 700—900° С объясняются экзотермическими реакциями поликонденсации присутствующего в примесях угля.

Полученные данные с небольшой погрешностью могут быть распространены на угли других бассейнов, что позволяет рас­считывать теплоемкость сухого угля, содержащего минераль­ные примеси, по формуле

Су = С0Рг(1-Мс)+СмМ‘, (VIII.6)

Где Сорг — теплоемкость органической массы угля; С„ — тепло­емкость минеральных примесей; Мс — содержание примесей в 122

Угле. С равным успехом формулу (VIII. 6) можно применять для подсчета теплоемкости органической массы.

На рис. 37 показана температурная зависимость эффектив­ной теплоемкости угля марки К ш. № 6-6 «Брянка» с искус­ственно подобранной зольностью, а также породы зольностью 81%, выбранной вручную из фракции плотностью выше 1400 кг/м3, и рядового угля марки Ж ЦОФ «Суходольской» зольностью 77,9% [67]. С повышением зольности теплоемкость углей закономерно снижается. Кроме того, увеличение концен­трации минеральных примесей сглаживает эндотермический пик при 435—450° С и приводит к уменьшению следующей за этим экзотермической седловины, характерной для пластиче­ского состояния. Величина эндотермического максимума раз­ложения органической массы при 485—500° С также уменьша­ется с увеличением зольности.

0,9 О, В 0,7 0,6 0,5

¥

0,3

0,2

подпись: 0,9 о,в 0,7 0,6 0,5
¥
0,3
0,2

3,78

3,36

2,94

2,52

2,10

1,68

1,26

0,84

0,42

подпись: 3,78
3,36
2,94
2,52
2,10
1,68
1,26
0,84
0,42

О/

подпись: о/Соответственно этому с ростом зольности изменяются теп­ловые э ффек т ы реакций пиролиза, которые для зольных углей вплоть до 650—700° С эндотермичны, причем абсолютное значение суммарного эндоэффекта возрастает с повышением зольности. Суммарный экзотермический эффект разложения

5

//

Г*

І!

,!/

‘1

X

II

>1

ІІ

Ту’

ІІІ

Д

А

/у/- 1

2-

” У /

У

5.

Л>.

I

1 *

/

V

V

„Х.*** =

Г-Г*

6

1

І

1

С^,ккапКкг%)

СЭт, кДясКкг — Ю т 4,20

О /00 200 300 400 500 600 700 800■ 900 Т, °С

Рис. 37. Температурная зависимость эффективной теплоемкости углей и породы с различной зольностью:

1—6 — зольность соответственно 7.1; 12,1; 19,9; 24,9; 77,9 н 86,1%

После 650—700° С по мере увеличения зольности снижается. Для породы, которой не свойственны экзотермические реакции по — ликонденсации, положительный тепловой эффект реакций пиро­лиза равен нулю (табл. VIII. 6).

Таблица УШ. б

Тепловые эффекты пиролиза углей в зависимости от зольности

Эффект

Зольность Ас, %

Эндотермический

Экзотермический

Суммарный

Тепловой

7,1

—145

-!-383

-238

—34,7

+91,3

-56,6

12,1

—196

4-333

—137

—46,8

+79,5

+32,7

19,9

—238

+278

-40

—56,8

+66,3

+9,5

25,0

—267

+238

—28

—63,7

+56.8

—6,9

77.9

—282

0

—282

—91

0

—91

86,1

—406

0

—406

—97

0

—97

Примечание. Числитель — кДж/кг, ънаменатель — кхал’кг.

Одновременно увеличение отрицательного и снижение поло­жительного тепловых эффектов приводит к существенному уменьшению суммарного теплового эффекта (в алгебраиче­ском понимании). На рис. 38 показана зависимость суммарно­го теплового эффекта реакций пиролиза углей от содержания минеральных примесей. При построении кривой тепловой эф­фект пиролиза угля зольностью 7,1% был условно принят рав­ным нулю, а зольность проб заменена содержанием минераль­ных примесей путем соответствующего пересчета.

Минеральные примеси

О Ю 20 30 М 50 ВО 70 ВО 90 100 Содержание минеральных примесей, %

Рис. 38. Зависимость суммарного теплового эффекта реакций пиро­лиза углей от содержа­ния в них минеральных примесей

Ваш отзыв

Рубрика: ТЕПЛОФИЗИКА ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *