Размещено на http://www.allbest.ru/

План

Кузнецкий уголь добывается более чем 80 угледобывающими предприятиями на большой площади бассейна (26,7 тыс. км ², 350110 км), которые разрабатывают угленосные пласты, приуроченные к различным геологическим системам, сериям и свитам. Основные промышленные свиты бассейна: Балахонская и Кольчугинская имеют различный географический состав и разную степень углефикации. Угли Балахонской серии имеют повышенное содержание инертинита 30…40 % (в Кольчугинской серии 8…10 %) при более низком по сравнению с углями Кольчугинской серии содержании витринита (40…60 % и 70…90 % соответственно), что в целом определяет их более низкие реакционные и размольные свойства.

По стратиграфическим и тектониченским признакам в бассейне выделяется 21 угленосный район. Перечень действующих разрезов, которые ведут добычу углей в том или ином угленосном районе, приведен в табл. 2. Представления о мощности разрезов в марочном составе добываемых углей дает табл. 3. На конкретные электростанции уголь обычно поступает с нескольких угледобывающих предприятий.

Таблица 2. Действующие разрезы Кузнецкого бассейна

Таблица 3. Добыча угля открытым способом в Кузнецком бассейне

3. Различие стадий метаморфизма (углефикации)

По стадиям углефикации кузнецких углей прослеживается весь ряд от бурых до тощих и антрацитов. Углефикация повышается к центральной части бассейна с возрастанием мощности перекрывающих пород. По мере приближения к окраинам бассейна располагаются менее углефицированные угли до длиннопламенных включительно. Наряду с региональным метаморфизмом в бассейне проявляется контактовый (локальный), наиболее четко выраженный на юго-востоке Кузбасса (Томь-Усинский, Мрасский угленосные районы), где вблизи изверженных пород угли изменены до тощих и антрацитов.

В настоящее время для покрытия угольного дефицита имеются резервы углей марок 2СС и Т Сибиргинского, Томь-Усинского, Краснобродского

и при увеличении объемов добычи Бачатского, Кедровского угольных разрезов. К использованию этих углей необходимо подходить с большой осторожностью вследствие их низких и переменных в широком диапазоне реакционных свойств. Такие свойства углей этих разрезов связаны прежде всего с контактовым обуглероживанием части из них. Определенную роль может играть их окисленность.

4. Влияние окисленности

Как отмечалось, отличительной особенностью и одним из факторов нестабильности состава и свойств кузнецких углей является их разная степень окисленности. При окислении угля наряду с уменьшением его теплоты сгорания изменяются и другие характеристики: возрастает влага W_ги и W_р, увеличивается выход летучих веществ V_р при одновременном снижении их теплоты сгорания, повышается размолоспособность топлива, изменяется состав минеральной части.

5. Полосчатость пластов, технология добычи

Из общих запасов кузнецких углей более 60 % находятся в пластах сложного строения. Основные пласты включают в себя 18…20 слоев мощностью 0,3…60 м. Разрабатываемые месторождения Кузбасса имеют высокую изменчивость мощности пластов, даже в пределах карьерных полей. Зольность угольных пачек сложного строения находится в интервале 2,7…29,5 %, породных прослоев изменяется от 40,1 до 93,6 %. Кроме того, в самих угольных слоях, особенно балахонский свиты, разные типы углей залегают отдельными линзами, а прослои сформированы из разных пород.

Изменения мощности отдельных прослоев и угольных пачек, их выклинивание обусловливают необходимость применения гибких технологических схем добычи (комбинирование валовой и селективной схем). Однако технологические возможности применяемого мощного экскаваторного оборудования с ковшами вместимостью 4…6 м³ не удовлетворяют этим требованиям.

6. Временной дрейф

С течением времени изменяется доля угля того или иного разреза в топливном балансе конкретной ТЭС и даже их перечень, а также состав и свойства угля одного и того же разреза. Это связано с отмеченной выше нестабильностью качества топлива по площади и по глубине.

Для кузнецких углей состав минеральной части определяется главным образом различием в количестве минеральных прослоев и соотношением массы этих прослоев и, как правило, слабо зависит от величины зольности.

Общепринятой характеристикой органической части твердого топлива является ее элементный состав, т.е. содержание углерода, водорода, органической серы, азота и кислорода. Как и другие характеристики кузнецких углей, содержание органических компонентов изменяется в широких пределах, что связано с отмеченными выше различиями в петрографическом составе, стадиях углефикации (метаморфизма) и степени окисленности. С ростом стадии углефикации возрастает содержание углерода и снижается содержание водорода в топливе; с ростом окисленности естественно возрастает содержание кислорода при снижении остальных составляющих.

Сера в кузнецких углях преимущественно находится в органической и сульфидной (пиритной) форме, содержание ее сульфатной разновидности - минимальное (следы). Ранжирование углей по значению S^P приведено в табл. 4.

Таблица 4. Ранжирование кузнецких углей разрезов и новых месторождений по величине приведенного содержания серы

Выбросы оксидов азота зависят не только от содержания азота в топливе, но также от теплоты сгорания угля и существенно от организации процесса горения. Кузнецкие угли имеют более высокое содержание приведенного азота и теплоту сгорания, и при их сжигании выбросы NO_x выше. Без внедрения мероприятий по подавлению оксидов азота выбросы NO_x при сжигании кузнецких углей составляют 1100…1400 мг/м³ .

Одними из основных факторов, ограничивающих спектр применения кузнецких углей, являются реакционные свойства топлива. Для углей с более высокими реакционными свойствами (марки Г, Д) необходимо выполнить мероприятия по повышению взрывобезопасности пылесистем. По-видимому, более сложной проблемой окажется обеспечение устойчивости и экономичности сжигания менее реакционных углей. Обычно реакционные свойства характеризуются величиной выхода летучих. Ранжирование кузнецких углей по выходу летучих приведено в табл. 7, из которой видно, что только по этому показателю перечень применяемых кузнецких углей достаточно узкий и помимо углей СС шахтной добычи включает Киселевский, Кедровский, им. Вахрушева, Черниговский и Бачатский разрезы. Отметим, что новые перспективные месторождения, имеющие угли марок Г и Д, в перечень не входят. Ограничения по применяемости углей из-за низкой реакционной способности определяются марочным составом углей (марки Т и СС 2 с высокой степенью углефикации). С ростом окисленности возрастает выход летучих V^p, но их теплоценность Q^p_н существенно снижается, что иллюстрируется данными табл. 5. В результате суммарное количество тепла, выделяющееся при сжигании летучих окисленных углей, меньше, чем неокисленных, и эта неблагоприятная для окисленных углей разница может не компенсировать их более высокие реакционные свойства коксового остатка.

Таблица 5. Технические характеристики угля

Показателем, который может ограничивать применение окисленных углей на ТЭС, особенно второй группы ОКII, является влажность. Рабочая влажность топлива W^p из-за разной степени окисленности угля и обуглероживания изменяется в широком диапазоне от 4 до 33 %. Представления об изменении величин влажности топлива W^p и гигроскопической влаги W^ги по маркам и группам даны в табл. 6.

Таблица 6. Изменение влажности кузнецких углей в зависимости от марки и группы окисленности

Приведеная влажность неокисленных кузнецких углей W^p_пр не вызывает проблем с сушкой топлива. Значения W^p_пр углей второй группы окисленности составляют, к примеру, 5,77 (Байдаевский разрез), 6,41 (Талдинский), 4,19 (Томь-Усинский), 7,62 (Кедровский), 5,21 (Черниговский), 4,47 (Сибиргинский), 6,07 (Бачатский), 5,42 (им. Вахрушева), 4,2 (Киселевский).

Техническими характеристиками угля, непосредственно связанными с влажностью топлива, являются его сыпучие свойства и смерзаемость.

Таблица 7. Ранжирование кузнецких углей разрезов и новых месторождений по выходу летучих

Таблица 8. Химический состав золы

Сыпучие свойства характеризуются насыпной плотностью, углом естественного откоса и усадкой топлива. Исследования по методу усадки и опыт использования кузнецких углей показывают, что при возможном изменении влажности рассматриваемые угли находятся в зоне ухудшенных сыпучих свойств, а верхние пласты некоторых месторождений имеют влажность выше критической. Поэтому использование кузнецких углей сопровождается затруднениями на тракте топливоподачи: налипанием на стенки бункеров и ленты транспортеров. По ограниченному числу имеющихся экспериментальных данных уголь приобретает ухудшенные сыпучие свойства при W^p, превышающем значения 7…10 % для марки СС, 8…15 % для марки Г и Д и 10…18 % для окисленных углей марки Г. Плохие сыпучие свойства (W^p критическая) наблюдаются при значениях выше 13…16 % для СС, 13…19,5 % для Г и Д и 15…25 % для окисленного угля марки Г.

Таблица 9. Ранжирование кузнецких углей разрезов и новых месторождений по величине приведенной влажности

Смерзаемость угля при отрицательных температурах зависит от величины свободной (поверхностной) влаги. Влага углей, при которой не происходит смерзание, даже в случае очень низких температур называется безопасной влагой W_без в отношении смерзаемости. При рабочей влажности, превышающей менее чем на 2…3 % W_без, прочность смерзания топлива незначительна и не вызывает серьезных трудностей при разгрузке из вагонов на линии топливоподачи.

Кузнецкие энергетические угли относятся к малозольным топливам.

В соответствии с нормами качества для пылевидного сжигания угли Кузнецкого бассейна должны поставляться с зольностью A^p = 1…25 %. По согласованию с потребителем иногда допускается зольность до 30 %. Сведения о характерной зольности углей разрезов приведены в табл. 10. Приведенная зольность кузнецких углей А_пр, влияющая на эрозийный износ поверхностей нагрева и выбросы в атмосферу, удовлетворяет требованиям котельной техники. Реальные показатели по износу и выбросам золы тем лучше, чем ниже концентрация золового потока, влияющая на эффективность золоулавливания и более низкое электрическое сопротивление летучей золы (для ТЭС, оборудованных электрофильтрами).

Таблица 10. Ранжирование кузнецких углей разрезов и новых месторождений по величине приведенной зольности

7. Коэффициент размолоспособности К_ло кузнецких углей

уголь кузбасс топливо месторождение

Этот коэффициент лежит в широком диапазоне от 0,83 до 2,3 и зависит от многих факторов, среди которых: количество и природа минеральных включений, стадия углефикации, петрографический состав, окисленность топлива. Сведения о его значениях по маркам и группам приведены в табл. 11, по рассматриваемым разрезам и месторождениям - в табл. 8.

Таблица 11. Коэффициент размолоспособности кузнецких углей (К_ло) по маркам и группам окисленности

Легче размалываются окисленные угли, что видно из приведенной таблицы и на примере углей марки СС. Угли контактового метаморфизма имеют низкий коэффициент размолоспособности, что еще более усложняет обеспечение условий их устойчивого сжигания. Прослеживается тенденция к повышению величины коэффициента размолоспособности с ростом зольности.

Прежде чем приступить к обоснованию концепции ЭЧТЭЦ на кузнецких углях, остановимся на зарубежных и отечественных программах в области экологически чистых угольных технологий.

Заключение

На основе проведенного анализа по качеству и объемам добычи углей Кузбасса, в том числе новых месторождений, приведено ранжирование углей по основным теплотехническим характеристикам.

Одним из факторов, ограничивающих спектр применения кузнецких углей, являются реакционные свойства топлива. Для углей с более высокими реакционными свойствами (марки Г, Д) необходимо выполнить мероприятия по повышению взрывобезопасности пылесистем. Более сложной проблемой окажется обеспечение устойчивости и экономичности сжигания менее реакционных углей (марки СС 2, Т).

Кузнецкие угли имеют повышенную склонность к шлакованию поверхностей нагрева, поэтому должны быть ограничены тепловые и радиационные потоки. Они обладают меньшим содержанием серы и более высоким содержанием азота, что предопределяет повышенный выход топливных окислов азота.

Литература

1. Накоряков В.Е., Бурдуков А.П., Саломатов В.В. Экологически чистая тепловая электростанция на твердом топливе (концептуальный подход) // СО РАН . - Новосибирск, 1990. - 138 с.

2. Саломатов В.В. Методологические аспекты создания новой техники и технологий. - Новосибирск: Наука, 1990. - С. 64-72.

3. Саломатов В.В., Стропус В.В. Сжигание низкосортного топлива в циркулирующем кипящем слое как современная технология экологически чистых ТЭС // Сб. докл. Междунар. науч.-практ. конф. "ЭкобиоЭН". - Сочи, 1990. - С. 7-9.

4. Саломатов В.В. Методологические и социоэкологические аспекты создания современной энерготехники // Там же. - С. 21-22.

5. Накоряков В.Е., Бурдуков А.П., Голованов Н.В., Саломатов В.В. Способ сжигания топлива в вихревом кипящем слое. А.С. 1888287, 1992.

6. Саломатов В.В. Энергетика: экология, безопасность // Тез. докл. Всерос. науч. конф. "Современные проблемы охраны окружающей среды". - Новосибирск, 199 - Ч.2. - С. 365 - 368.

7. Bubenchikov A.M., Stropus V.V., Salomatov V.V. Numerical investigation of the aerodynamics in CFB installations // Engineering Thermophysics, 1993. - v. 3. -No 3. -

8. P. 257 - 264.

9. Саломатов В.В., Кузнецов В.А. Методологические и социально-технологи-ческие основы экологической безопасности в энергетике // Сб. изб. докл. Всерос. семинара "Ноосферные взаимодействия и ядерная безопасность". - Томск, 1993. - С. 43 - 54.

10. Саломатов В.В., Рычков А.А., Грехов В.А. Численное моделирование процессов розжига и горения в котлах с ЦКС // Докл. II симпоз. "Проблемы катализа в углехимии" - Красноярск, 1994. - С. 10-17.

11. Саломатов В.В., Рычков А.Д. Численное моделирование физико-химических процессов в котлах с ЦКС // Тез. докл. Всерос. конф. "Математ. пробл. экологии". - Новосибирск: Наука, 1994. - С. 123 - 124.

12. Рычков А.Д., Саломатов В.В., Грехов В.А. Численное моделирование аэродинамических процессов в котлах ЦКС с учетом горения частиц твердого топлива // Теплофизика и аэромеханика. - Т. - № 3, 1994. - С. 219 - 223.

13. Саломатов В.В. Ко...