Выход летучих веществ и характеристика коксового остатка

При нагревании твердого топлива до высоких температур без доступа воздуха происходит разложение углеводородов с образованием газообразных продуктов (CO, H 2 , CH 4 , CO 2 и др.), которые называются «летучие вещества» . Выход летучих веществ из твердого топлива происходит в интервале температур 100…1100 °С. После удаления летучих веществ остается твердый коксовый остаток .

Выход летучих веществ является одним из важных параметров каменных углей и антрацитов. Выход летучих веществ и характеристики коксового остатка определяют пригодность углей для коксования, а также способы сжигания топлива.

Выход летучих веществ увеличивается с повышением температуры и зависит от скорости прогрева частиц угля. Основная масса летучих веществ образуется при нагреве угля до 800…850 °С. Выделение летучих заканчивается через 6…7 мин нагрева при 850 °С.

Сущность стандартного метода определения выхода летучих веществ заключается в нагревании навески аналитической пробы топлива массой 1 г без доступа воздуха при t = (850±10) °С в течение 7 мин. Выход летучих веществ определяется в зависимости от потери массы исходной навески с учетом содержания влаги в топливе.

Спекающиеся угли служат сырьем для получения кокса , который применяют в качестве восстановителя в доменном процессе при выплавке железа из руды. Такие угли более ценные, чем неспекающиеся, которые используются как топливо.

Спекание углей можно разделить на две стадии:

Размягчение частиц угля;

Образование из пластической массы твердого остатка.

Спекающиеся угли переходят в пластическое состояние при температуре выше 300 °С. При температуре 500…550 °С пластическая масса затвердевает и образуется спекшийся твердый остаток – полукокс . При повышении температуры до 1000 °С происходит увеличение прочности остатка и образуется кокс .

Определение пластометрических показателей проводят в специальном пластометрическом аппарате. Условия проведения испытаний сходны с условиями коксования углей в промышленности. Уголь находится под нагрузкой и нагревается с одной стороны, от дна стакана. При этом на разных расстояниях от поверхности нагрева уголь будет находиться на разных стадиях превращения в кокс. Ближе всего к поверхности нагревания будет находиться слой кокса и полукокса , затем слой пластической угольной массы (пластический слой), а над пластической массой – уголь, который еще не перешел в пластическое состояние. Эти слои располагаются параллельно поверхности нагрева. При повышении температуры слой полукокса увеличивается, а уголь переходит в пластическое состояние. Чем дольше уголь находится в пластическом состоянии, тем толще становится пластический слой.

С помощью пластометрического метода определяют толщину пластического слоя у – это максимальное расстояние между поверхностями раздела «уголь – пластическая масса» и «пластическая масса – полукокс» (рис. 1.5).

Рисунок 1.5 - График пластометрических испытаний

Для проведение испытаний навеску угля (100±1) г крупностью менее 1,6 мм помещают в пластометрический стакан. Сверху на уголь устанавливают штемпель с рычагом, на который подвешен груз, обеспечивающий давление 0,1 МПа. Нагревание проводят таким образом, чтобы через 30 мин после начала опыта температура на поверхности дна стакана достигала 250 °С. Затем до 730 °С нагрев ведут со скоростью 3 °С в минуту (8 часов). Начиная с 350 °С через определенные промежутки времени измеряют верхний и нижний уровни пластического слоя.

Одними из наиболее важных теплотехнических характеристик топ­лив являются величина выхода летучих и свойства коксо­вого остатка.

При нагревании твердых топлив происходит распад термически нестойких сложных, содержащих кислород углеводородистых соедине­ний горючей массы с выделением горючих газов: водорода, углеводоро­дов, окиси углерода и негорючих газов - углекислоты и водяных паров. Выход летучих веществ определяют нагреванием пробы воздушно-сухо­го топлива в количестве 1 г без доступа воздуха при температуре 850°С в течение 7 мин. Вы^од летучих, определенный как уменьшение массы пробы испытываемого топлива за вычетом содержащейся в нем влаги, относят к горючей массе топлива.

У разных топлив состав и теплота сгорания летучих веществ раз­личны. По мере увеличения химического возраста топлива содержание летучих веществ уменьшается, а температура их выхода увеличивается. При этом вследствие уменьшения количества инертных газов теплота сгорания летучих веществ увеличивается. Для сланцев выход летучих составляет 80-90% от горючей массы; торфа - 70%; бурых углей - 30-60%, каменных углей марок Г и Д - 30 - 50%, у тощцх углей и антрацитов выход летучих мал и соответственно равняется 11-13 и

2- 9%. Поэтому содержание летучих веществ и их состав могут быть приняты в качестве признаков степени углефикации топлива, его хими­ческого возраста.

Для торфа выход летучих начинается при температуре примерно 100°, бурых и жирных каменных углей - 150-170°, горючих сланцев - 230°С, тощцх углей и антрацитов ~400°С и завершается при высоких температурах- 1100-1200°С.

После отгонки летучих веществ из топлива образуется так назы­ваемый коксовый остаток. При содержании в угле битуминозных ве­ществ, которые при нагревании переходят в пластическое состояние или 2* 19’ расплавляются, порошкообразная проба угля, испытываемого на содер­жание летучих, может спекаться и вспучиваться. Способность топлива при термическом разложении образовывать более или менее прочный кокс называется спекаемостью. Торф, бурые угли и антрацит дают. по­рошкообразный кокс. Каменные угли с выходом летучих 42-45% и тощие угли с выходом летучих менее 17% дают порошкообразный или слипшийся коксовый остаток.

Угли, образующие спекшийся коксовый остаток, являются ценным технологическим топливом и используются в первую очередь для про­изводства металлургического кокса. Кокс в виде спекшегося или сплав­ленного остатка получается нагреванием измельченного до размеров

3- 3,5 мм угля при температуре 1000°С без доступа воздуха. Свойства кокса зависят от состава органических соединений горючей массы топ­лива и содержания летучих веществ в нем.

Дальнейшим усовершенствованием двухкамерных топок явились циклонные топки, в которых процесс горения интенсифицируется повы - шеним удельной скорости горения и увеличением времени пребывания частиц топлива в камере сгорания. Имеются следующие типы …

Для интенсификации процесса горения и повышения надежности работы с устойчивым жидким шлакоудалением в более широком диа­пазоне нагрузок перешли к многокамерным топкам. В них про­цесс сжигания полностью выносится в камеру сгорания …

Для повышения устойчивости и интенсивности работы парогенера­торов производительностью до 75 кг/с с жидким шлакоудалением и увеличения шлакоулавливания были разработаны и внедрены топки с пересекающимися струями. В топке с пересекающимися струями …

летучие вещества угля - Вещества, образующиеся при разложении угля в условиях нагрева без доступа воздуха. [ГОСТ 17070 87] Тематики угли Обобщающие термины состав, свойства и анализ углей EN volatile matter … Справочник технического переводчика

Летучие вещества угля - 76. Летучие вещества угля E. Volatile matter Вещества, образующиеся при разложении угля в условиях нагрева без доступа воздуха Источник: ГОСТ 17070 87: Угли. Термины и определения оригинал документа …

Газообразные и парообразные вещества, выделяющиеся из твердого минерального топлива при нагревании его без доступа воздуха или при недостаточном его подводе. Содержание Л. в. наряду с характером коксового остатка является важнейшей… … Технический железнодорожный словарь

Летучие вещества - вещества, выделяющиеся из углеродосодержащих материалов (угля, кокса и др.) при нагревании. Содержание летучих веществ в углях колеблется от 50% (бурые угли) до 4% (антрациты). Твердая масса, остающаяся после удаления летучих веществ, называется… … Энциклопедический словарь по металлургии

ЛЕТУЧИЕ ВЕЩЕСТВА - вещества, выделяющиеся из углеродосодержащих материалов (угля, кокса и других) при нагревании. Содержание летучих веществ в углях колеблется от 50% (бурые угли) до 4% (антрациты). Твердая масса, остающаяся после удаления летучих веществ, называют … Металлургический словарь

В углях в ва. выделяющиеся из ископаемых углей при нагревании. Состав Л. в.: летучие органич. части угля, продукты разложения нек рых минералов. Содержание Л. в. в углях колеблется от 50% (бурые угли) до 4% (антрациты). Твёрдая масса, к рая… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Установлена с целью рационального промышленного использования угля. Угли подразделяются на марки и технологические группы; в основу такого подразделения положены параметры, характеризующие поведение углей в процессе термического воздействия на… … Википедия

Будучи при обыкновенных условиях более или менее постоянны, под влиянием накаливания, удара, трения и тому под. способны взрывать, то есть быстро разлагаться, превращаясь в накаленные сжатые газы, стремящиеся занять большой объем. Происходящие… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

НАРКОТИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА - НАРКОТИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА, narcoti ca, или stupefacientia (от греч. narcao соот вет. лат. stupefacio цепенею). Отнесение фармакол. агентов в группу Н. в. определялось уже издавна способностью их вызывать либо угнетение чувствительной и двигательной… … Большая медицинская энциклопедия

ГОСТ 17070-87: Угли. Термины и определения - Терминология ГОСТ 17070 87: Угли. Термины и определения оригинал документа: 44. Аналитическая проба угля D. Analysenprobe Е. Analysis sample F. Echantillon pour analyse Проба угля, полученная в результате обработки объединенной или лабораторной… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Выход летучих веществ

(a. content of volatile agents; н. Gehalt an fluchtigen Bestandteilen; ф. teneur en matieres volatiles; и. desprendimiento de substancias volatiles ) - показатель качества твёрдых горючих п. и., учитываемый при определении их рационального пром. использования. - газообразные и парообразные продукты, выделяющиеся при нагревании горючих ископаемых в стандартных условиях (в CCCP) при t 850±10°C. При коксовании и полукоксовании ископаемых углей, в процессе термич. обработки горючих сланцев улавливаются и используются как ценное хим. сырьё. Oпределение B. л. в. стандартизировано; в CCCP оно производится в соответствии c условиями, предусмотренными гос. стандартами (ГОСТ 6382-75 для ископаемых углей, ГОСТ 7303-77 для антрацитов, ГОСТ 12270-66 для горючих сланцев, ГОСТ 3929-75 для кокса).
B. л. в., определённый как отношение массы летучих веществ к единице массы топлива (в %) и пересчитанный на cyxoe беззольное его состояние V daf характеризует состав и его органич. вещества. Для V daf составляет ок. 70%, горючих сланцев 70-85%, гумусовых углей бурых в пределах 60-33%, кам. углей 50-8%, антрацитов 9-2%. Bеличина V daf используется в CCCP и за рубежом как один из осн. параметров классификаций подразделения кам. углей на марки; для классификации антрацитов определяется объёмный B. л. в. - объём газов разложения единицы массы антрацита V daf м 3 /кг. Для снижения искажающего влияния на величину B. л. в. неорганич. примесей в топливе определение B. л. в. производится на пробах c зольностью A d не выше 10%; при более высокой зольности материал для проб подвергается предварит. обогащению. K. B. Mиронов.

Горная энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . Под редакцией Е. А. Козловского . 1984-1991 .

Смотреть что такое "Выход летучих веществ" в других словарях:

Выход летучих веществ - Масса летучих продуктов разложения единицы массы твердого топлива при его нагревании без доступа воздуха в установленных стандартных условиях Источник: РД 153 34.0 44.219 00: Топливо твердое минеральное. Определение теплоты сгорания летучих… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

выход летучих веществ - Количество газо и парообразных веществ, выделяющихся при нагревании топлива без доступа воздуха в определённых условиях с поправкой на содержание влаги [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN… …

выход летучих веществ угля - Масса летучих веществ единицы массы угля, определяемая в установленных стандартом условиях. [ГОСТ 17070 87] Тематики угли Обобщающие термины состав, свойства и анализ углей EN yield of volatile matter … Справочник технического переводчика

выход летучих веществ на сухую беззольную массу топлива - — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN volatiles on dry ash free basisVdaf … Справочник технического переводчика

Выход летучих веществ угля - 77. Выход летучих веществ угля Е. Yield of volatile matter Масса летучих веществ единицы массы угля, определяемая в установленных стандартом условиях

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.
Кузбасс является главной базой России по твердому топливу.

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.

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.

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:

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.

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.

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.