Усиление значимости низшей теплоты сгорания как интегрированного показателя качества энергетических углей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Усиление значимости низшей теплоты сгорания как интегрированного показателя качества энергетических углей

К. Мусабеков

В рыночных условиях хозяйствования перед работниками угольной промышленности встают следующие задачи:

- в условиях реализации Стратегии индустриально-инновационного развития Республики Казахстан до 2015 г. в широких масштабах внедрять новую технику, совершенствовать технологию угледобычи и на этой основе обеспечить повышение качества углей;

- сосредоточить работы по реконструкции и модернизации в первую очередь на тех шахтах и разрезах, на которых применение прогрессивной технологии и новой техники обеспечит значительное повышение производительности труда;

- улучшить структуру угольного производства, для чего широко развернуть работы по увеличению добычи угля открытым способом;

- принять меры по повышению качества топлива, увеличению выпуска угля крупных и средних классов, совершенствованию техники и технологии обогащения углей;

- ускорить разработку и освоение серийного производства высокопроизводительных механизированных комплексов нового технического уровня для добычи угля на тонких пологих и крутых пластах, увеличить производство проходческих комбайнов, погрузочных машин и другого оборудования;

- совершенствовать организацию труда во всех звеньях производства и управления;

- полнее и рациональнее использовать рабочее время;

- снизить непроизводительные затраты труда и увеличить продолжительность работы оборудования;

- повысить эффективность использования материальных ресурсов;

- совершенствовать экономическое стимулирование повышения эффективности производства и др. Повышение качества продукции является одним из основных направлений эффективности общественного производства, так как качество угля и продуктов его переработки во многом предопределяет экономическую эффективность их использования благодаря сокращению затрат общественного труда.

Повышение качества углей не только снижает издержки производства у потребителей, но и отражает финансовое состояние шахт, так как последнее зависит не только от количества добытого (переработанного) и отгруженного угля, но и, в значительной мере, от его качества (зольности, содержания влаги, серы и мелочи), марочного состава и выхода угля крупных и средних классов.

Качество продукции зависит от множества факторов. К основным из них относятся: уровень развития техники и технологии производства, совершенствование организации труда и соблюдение технологической дисциплины, повышение научно-технического уровня действующих стандартов, совершенствование ценообразования на уголь и продукты его переработки, планирование качества продукции, организация технического контроля, материальное и моральное стимулирование и др.

Главная роль в решении проблемы повышения качества углей принадлежит техническому прогрессу, представляющему собой непрерывное развитие орудий труда и технологических процессов. Существующая и вновь разрабатываемая техника позволяет производить облагораживание углей по золе (удаление минеральных примесей методами обогащения), гранулометрическому составу (превращение мелочи в куски требуемых размеров механическими и термическими способами), сере (извлечение сернистых соединений на стадии подготовки топлива к сжиганию или улавливание их в конце технологического процесса) и влаге (различные методы обезвоживания). Указанные направления облагораживания углей повышают их энергетическую и технологическую ценность. Поэтому качество товарной продукции угольных предприятий решающим образом зависит от уровня обогащения и переработки добываемых углей.

Качество продукции зависит от правильно разработанной технологии производства и технологической дисциплины. Технологическая дисциплина зависит от добросовестности каждого работника, чувства ответственности за порученное дело.

Большая роль в повышении качества продукции принадлежит стандартизации. Основываясь на передовых достижениях науки и техники, государственные стандарты, с одной стороны, определяют высшие нормы требований к качеству продукции, соответствующие современным научно-техническим достижениям, с другой -- устанавливают обязательную границу качества, соответствующую потребностям и возможностям общественного производства, являющуюся научно обоснованным экономическим оптимумом качества.

Оптимальным уровнем качества с позиций народнохозяйственной эффективности следует считать такой его уровень, при котором совокупная величина затрат на производство и потребление является минимальной.

Планирование показателей качества продукции является важным фактором повышения качества. Процесс формирования качества начинается с установления планируемых показателей, определения уровня показателей и проходит через основную стадию производства, в которой заданное качество обеспечивается.

Важную роль в заинтересованности предприятий в повышении качества выпускаемой продукции играет совершенствование ценообразования, так как недостаточный учет в ценах потребительских свойств продукции порождает противоречие между интересами народного хозяйства и предприятиями, подрывает заинтересованность коллективов предприятий в повышении качества продукции.

Оптовая цена должна быть такой, чтобы она могла обеспечить возмещение затрат на повышение качества, большую рентабельность и больший объем фактической прибыли от производства и реализации более качественной продукции по сравнению с ранее выпускавшейся.

Большое значение для повышения качества выпускаемой продукции имеет правильная организация технического контроля. Контроль качества продукции -- это проверка соответствия показателей ее качества установленным требованиям потребительских стандартов или технических условий. Материальные и моральные стимулы являются большой действенной силой, которая помогает еще выше поднять инициативу коллективов, отдельных работников, побудить их еще активнее участвовать в решении основной задачи -- повышении качества продукции.

Качество продукции изменяется, в свою очередь требования к нему тоже не постоянны. Они изменяются в зависимости от развития техники, науки, культуры, жизненного уровня и т.д. В соответствии с изменениями потребностей меняются и требования к качеству продукции. Если уровень качества ниже, то для удовлетворения потребностей необходимо дополнительное количество продукции. Так, увеличение зольности топлива по сравнению с нормами потребительских стандартов, используемых для коммунально-бытовых нужд, ухудшает его качество. Имеющийся в настоящее время дефицит в угле крупных и средних классов для котельных установок со слоевым сжиганием вызывает необходимость применения несортированных углей, что приводит к значительному понижению коэффициента полезного действия котлов и повышенному расходу топлива. Для углей, направляемых на коксование, повышение качества является обязательным. Для народного хозяйства имеет значение не количество поставляемого угля, а получаемых из него тепловой энергии, кокса и различных химических продуктов. Изготовление продукции с высокими показателями качества, которые не вы- зываются необходимостью, экономически нецелесообразно, так как в этом случае затраты живого и овеществленного труда, воплощенные в избыточном качестве, не могут быть признаны общественно необходимыми.

Так, для углей, используемых для пылевидного сжигания, целесообразность улучшения их качества определяется в каждом конкретном случае технико-экономическими расчетами. При этом следует рассматривать этот вопрос не с отраслевой позиции (угольной промышленности), а с народнохозяйственной точки зрения. Величина зольности угольных концентратов, идущих на коксование, также должна быть подтверждена технико-экономическими расчетами, так как извлечение концентрата при низких плотностях разделения связано с большими его потерями. Доведение влажности топлива до абсолютно сухого состояния является нецелесообразным вследствие загрязнения атмосферы при погрузочно-разгрузочных работах, а также потерь при перевозке топлива железнодорожным транспортом [1].

В связи с этим возникает вопрос об экономически целесообразных границах повышения качества, которые определяются сопоставлением затрат с экономической эффективностью от повышения качества.

Таким образом, качество продукции является одновременно и технической и экономической категорией.

Особенно важно иметь представление о требованиях к качеству угля, используемого в данный момент и в перспективе.

Уголь в народном хозяйстве используется непосредственно как топливо, т.е. вещество, которое при сжигании выделяет значительное количество тепла и служит источником получения энергии.

В зависимости от того, в каком виде рассматривается топливо (только горючая его часть, или полный состав, с учетом золы и влаги, или без влаги, или только органический состав), различают рабочую, сухую, горючую и органическую массу топлива (табл. 1).

Таблица 1

Под рабочей массой подразумевается элементарный состав топлива, доставляемого потребителю.

Если проследить по данным таблицы 1 за изменением содержания углерода и водорода в зависимости от состояния топлива, то обнаружится своего рода «насыщение» или накопление этих основных горючих компонентов по мере «освобождения» топлива от других составляющих.

Теплота сгорания, в зависимости от того, к какой массе она относится, тоже принимает соответствующие значения -- это либо теплота сгорания рабочей массы Qp, либо сухой массы Q^c, либо горючей Q, либо органической Q⁰.

ГОСТами предусмотрено определение на угольных предприятиях только высшей теплоты сгорания на горючую массу (раз в месяц по сборной пробе), однако она резко отличается от низшей теплоты сгорания рабочего топлива. По существу, реальным показателем тепловых возможностей энергетических углей может служить только низшая теплота сгорания рабочей массы. Она всегда значительно меньше теплоты сгорания по бомбе. Для каменных углей эта разница составляет 2200-2500 ккал/кг, для антрацитов и полуантрацитов -- 1900-2000, для бурых углей -- 2400-3300 ккал/кг.

Показатель низшей теплоты сгорания используется для подсчетов потребности в топливе, при составлении тепловых балансов и определении к.п.д. котельных установок. В то же время он до сих пор не применяется при расчетах за качество поставляемого топлива и лишь косвенно учитывается при формировании цен на угли разных марок и классов, хотя является комплексной величиной с точки зрения отражения в нем изменения качественного состава топлива [2].

Наличие взаимосвязи между теплотой сгорания и элементарным составом топлива подтверждается существующими теплотехническими зависимостями, установленными в свое время Дюлонгом, Малером, Бунте, Д.И.Менделеевым. Универсальная формула подсчета низшей теплоты сгорания, разработанная Д.И.Менделеевым, дает достаточно полное совпадение с результатами калориметрических определений различных видов топлива:

где 81 -- теплота сгорания 1 % углерода, ккал/кг; 300 -- теплота сгорания 1 % водорода, содержащегося в топливе, в воде, ккал/кг; 26 -- снижение теплоты сгорания топлива вследствие содержания в нем 1 % кислорода, ккал/кг; 26 -- теплота сгорания 1 % горючей серы, ккал/кг; 6 -- снижение теплоты сгорания топлива вследствие расхода тепла на испарение 1 % влаги, содержащейся в топливе или образующейся при сгорании водорода (9Н^р)

Приведенная формула свидетельствует о том, что в теплоте сгорания отражаются изменения всех качественных показателей топлива. При увеличении или уменьшении доли горючих компонентов (углерода, водорода) соответственно повышается или снижается теплота сгорания; наоборот, увеличение доли балластных составляющих вызывает снижение теплоты сгорания, а уменьшение приводит к ее увеличению. В качестве примера проведем расчет изменения низшей теплоты сгорания в зависимости от изменения качественного состава топлива (табл. 2).

Таблица 2

Абсолютное и относительное изменения низшей теплоты сгорания в зависимости от элементарного состава угольного топлива

За исходный принят 1-й вариант, с усредненными показателями элементарного состава угольного топлива. В каждом следующем варианте изменено процентное содержание одного из элементов при прочих постоянных, и расчет теплоты сгорания ведется соответственно по новым показателям. Например, в 1-м варианте содержание углерода равно 70,34 %, во 2-м -- 72,34 %, т.е. на 2 % выше. Теплота сгорания соответственно увеличивается на 2,5 %. В 3-м варианте, при прочих равных условиях, изменено количество водорода с 3,91 до 5,91 %. Это сказалось на теплоте сгорания топлива. Вычисленная по формуле величина при повышенном содержании водорода увеличивалась на 7,5 %. По 4-му варианту увеличение содержания кислорода с 5,48 до 7,48 % вызывает снижение теплоты сгорания на 1 % и т.д. Полученные результаты характеризуют низшую теплоту сгорания как комплексный показатель качества энергетических углей.

Зольность и влажность энергетических углей в значительной степени снижают теплоту сгорания топлива вследствие не только уменьшения горючих компонентов, но и увеличения расхода тепла на плавление или нагрев минеральной массы и испарение воды. Для оценки изменения теплоты сгорания под действием этих балластных составляющих автором были проведены расчеты по экибастуз- ским углям.

Расчеты показали, что с изменением содержания влаги на 1 % теплота сгорания для экибастуз- ских углей составляет 52,53 ккал/кг (табл. 3).

Таблица 3

Абсолютные и относительные изменения теплоты сгорания на 1 % влаги для энергетических углей Экибастузского месторождения

Наличие золы снижает теплоту сгорания топлива как за счет уменьшения в нем содержания горючих веществ, так и из-за увеличения расхода тепла на нагрев и плавление минеральной массы. При определении содержания золы в топливе, т.е. при прокаливании минеральной массы, происходят процессы, сопровождающиеся изменением количества исходной минеральной массы: потеря гидрат- ной влаги силикатами и гипсом, декарбонизация карбонатов, сгорание пирита, образование сульфатов, окисление закисного железа в окисное.

Между теплотой сгорания и зольностью существует следующая зависимость:

где В -- теплота сгорания обеззоленной массы топлива;

Величина В определяется теплотой сгорания горючей массы и рабочей влажностью W:

При рассмотрении влияния зольности условно принимаем, что Q, Wр и В примерно постоянны. При учете зольности на сухую массу

Коэффициент Б характеризует изменение теплоты сгорания топлива по абсолютной величине в килокалориях на 1 % содержания золы. Чтобы определить его величину для конкретных марок угля, были проведены расчеты при различных значениях зольности, установленной на сухую массу (от 10 до 40 %), позволяющих охватить все диапазоны качества добываемых углей -- от низкозольных до высокозольных. При этом в рассматриваемый интервал была включена также расчетная зольность. Для экибастузских углей марки СС она была принята равной 38 %.

Таблица 4

Абсолютное и относительное изменения теплоты на 1 % изменения зольности для энергетических углей Экибастузского месторождения

При определении влияния зольности на теплоту сгорания содержание влаги принималось для экибастузских углей в размере 8 %.

Результаты расчетов изменения теплоты сгорания (вр) на 1 % изменения зольности по энергетическим углям Экибастузского месторождения представлены в таблице 4.

Из приведенных данных следует, что для углей Экибастузского месторождения марки СС теплота сгорания на 1 % зольности изменяется на 69 ккал/кг.

Если план поставки топлива рассчитан на нормальную теплоту сгорания вр, соответствующую зольности , то потребитель получит в каждом килограмме топлива с зольностью

откуда эквивалент фактического количества топлива к количеству, предусмотренному в плане, может быть выражен формулой

где К -- относительное изменение теплоты сгорания на 1 % содержания золы.

Соответственно повышение зольности на 10 % (абсолютных) вызывает перерасход топлива, доходящий в отдельных случаях до 16 - 18 %. При расчетах за качество только по золе это изменение не учитывается.

Теплота сгорания топлива, добываемого на одном предприятии, изменяется в зависимости от горно-геологических, технологических и других факторов.

Переменная теплота сгорания поставляемого топлива вызывает необходимость сжигать для получения равного теплового эффекта неодинаковое количество натурального топлива.

Необходимость сжигания разного количества топлива в зависимости от его теплоты сгорания для получения одного и того же количества теплоты требует от потребителя различных затрат на единицу конечной продукции. Чтобы как-то нивелировать эти затраты, необходимо, чтобы цена топлива формировалась и с учетом его теплоты сгорания.

Изменение теплоты сгорания энергетического топлива вызывает несоответствие между количеством сожженного топлива и выделившегося при этом количества теплоты.

На основании сказанного выше можно сделать следующие основополагающие выводы.

1. Основным свойством энергетических углей, характеризующим реальное количество тепловой энергии, заключенной в топливе, является низшая теплота сгорания на рабочую массу.

2. Теплота сгорания в первую очередь определяется содержанием в топливе углерода и водорода.

3. Значительное влияние на теплоту сгорания оказывает наличие в углях золы и влаги. Расчеты показали, что при изменении зольности угля на 1 % теплота сгорания изменяется для углей Экибастузского месторождения марки СС на 69 ккал/кг. При изменении влажности угля на 1 % при постоянной зольности для углей марки СС изменение теплоты сгорания составляет 52,53 ккал/кг.

Кроме того, расчеты показали, что изменение зольности на 10 % приводит к перерасходу топлива у потребителя на 16-18 %, однако ныне действующими ценами это обстоятельство не учитывается.

Показатель зольности в настоящее время выполняет в ценообразовании функцию универсального качественного критерия. Несмотря на важность этого показателя, он должен учитываться в сочетании с низшей теплотой сгорания.

Список литературы

теплота уголь сгорание топливо

1. Каренов Р.С. Минерально-сырьевой комплекс Казахстана в условиях рыночной экономики. Алматы: РИО ВАК РК, 2000.

2. Каренов Р.С. Формирование рынка минерально-сырьевых ресурсов Казахстана. Караганда: ИПЦ «Профобразование», 2008.

Размещено на Allbest.ru