Результаты исследования исходной минеральной части березовского угля Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА

Том 283 1974

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ИСХОДНОЙ МИНЕРАЛЬНОЙ ЧАСТИ БЕРЕЗОВСКОГО УГЛЯ

И. К. ЛЕБЕДЕВ, С. К. КАРЯКИН, А. С. ЗАВОРИН

(Представлена научным семинаром кафедры котлостроения и котельных установок)

Исследование минеральной части березовского угля, а также особенностей ее распределения является важным с точки зрения прогнозирования поведения шлака и образования отложений при сжигании этого угля в топках крупных парогенераторов. С этой целью нами исследовалось распределение минеральной части по всей массе пылевидного березовского угля при помощи разделения в жидкостях различного удельного веса.

Угольная пыль, приготовленная путем размола угля с зольностью 5,65% в невентилируемой стержневой лабораторной мельнице, была подвергнута разделению в жидкостях различного удельного веса. Размерная характеристика исходной пыли представлена на рис. 1. Разделение производилось в центрифуге венгерского производства. Число оборотов центрифуги составляло 2500—3000 в зависимости от количества загружаемой пробы. Время центрифугирования 10 минут. Выделение основной массы угольного вещества производилось в жидкости с уд. весом 1,40 г/см3 (смесь четыреххлористого углерода с бензолом). Для улучшения выделения тяжелых минеральных примесей была использована жидкость с уд. весом 1,60 г/см3 (четырех-хлористый углерод). Выделение тяжелых минеральных примесей производилось в двух жидкостях с уд, весом 2,28 и 2,86 г/смг (смесь бромоформа со спиртом). Для установления влияния размера частиц пыли на процесс разделения фракции с уд. весом более 1,40 г/смъ была рассеяна на четыре группы размерных фракций (более 88, 88—55, 55—46 мк и менее 46 мк). Размерная характеристика фракции с уд. весом более 1,40 г/сж3 приведена также на рис. 1 (кривая 2). Дальнейшее разделение проводилось по каждой группе размерных фракций с определением количества выделившейся весовой фракции. Таким образом, были получены пять групп весовых фракций (менее 1,40; 1,40—1,60; 1,60—2,28; 2,28—2,86 г/см3 и более

%

80

60 40 20 0

2

40 50 60 70 80 мк

Рис. 1. Размерные характеристики пыли: 1 — исходная проба; 2 — фракция тяжелее 1,40 г/см3

2,86 г/см3) четырех размеров (мейее 46, 46—55, 55—88 мк и более 88 мк).

Из кривых распределения весовых фракций (рис. 2) следует, что угольная пыль с данной зольностью состоит в основном из легких фракций (суммарное количество фракций с уд. весом до 1,60 г/см3 составляет около 99%). Среди весовых фракций с уд. весом более 1,60 г/см3, количество которых составило около 1%, наибольший выход приходится на фракции с уд. весом 2,28—2,86 г/см3. Визуальные и микроскопические наблюдения позволяют заключить, что названные весовые фракции состоят из кварца и глинистых минералов; угольное вещество отсутствует полностью. Цвет фракций серовато-желтый, а при

Рис. 2. Распределение пыли по весовым фракциям: 1 —частицы более 88 мк; 2 — 88—85 мк; 3—55—46 мк; 4 — менее 46 мк; 5 — суммарное, количество

прокаливании до 800° С меняется на розово-красный. Зольность составляет 96—98%. Эти фракции являются основными примесными минералами, которые не связаны с органической массой угля. Количество весовых фракций с уд. весом более 2,86 г/см3 незначительно. Они состоят исключительно из пирита и марказита. Фракции с уд. весом 1,60—2,28 г/см3 состоят из сростков угольного вещества с минеральными примесями. Зольность этих фракций 45,50—82,10%. Легкие фракции с уд. весом менее 1,40 и 1,40—1,60 г/см3 состоят в основном из угольного вещества, имеющего зольность 4,44—6,42%.

На рис. 3 представлено распределение золы в весовых фракциях в пересчете на 1 кг топлива. Пересчет производился по формуле

, п ТоГ «•

где А — количество золы во фракции данного удельного веса, %;

Ас — зольность данной фракции, %;

<3 — количество данной фракции в угле, %.

Из кривой на рис. 3 следует, что количество золы, находящееся в легких фракциях угля, составляет преимущественную часть (около 4,0%). Следовательно, можно предположить, что величина 4,0% является минимальной зольностью для углей Березовского месторождения.

Любое увеличение зольности угля может происходить только за счет привнесения в уголь различных пород при добыче, транспортировке и хранении.

Анализ влияния размера угольных частиц па разделение показывает, что процесс разделения в какой-то мере зависит от размера раз-

АХ

3,0

2,0

о

/¿04,60 1,60-2,28 2,28-2,66 >2,86 Удельный 'бес, г/см3

Рис. 3. Распределение золы по весовым фракциям

4350

*зоо

<250

«200

40 50 60 70 80 90 400 МК

Рис. 4. Температурные характеристики золы

деляемых частиц. Из сравнения хода кривых 1 и 2 на рис. 1 следует, что с уменьшением размера частиц разделяемой угольной пыли за счет сил сцепления происходит увлечение частиц одного удельного веса частицами другого в зависимости от количественного соотношения между ними. Однако при размерах 46—65 мк кривые идут параллельно. Сле-

-1

\ N

✓ 4

V £ • « ^^ * ^м» **

довательно, в диапазоне этих размеров происходит наиболее полное разделение. Это подтверждается также близким расположением кривых на рис. 2. 4

Изучение плавления размерных и весовых фракций позволяет сделать вывод о том, что температурные характеристики золы являются переменными и зависят как от размера частиц, так и от их удельного веса. На рис. 4 приведены температурные характеристики золы исходной пробы (сплошные линии) и весовой фракции с уд. весом больше 1,40 г/см3 (пунктирные линии) в зависимости от размера частиц. При этом видно, что температурные характеристики золы фракции тяжелее 1,40 г/см3, хотя и возрастают с увеличением размера частиц, но находятся значительно ниже, чем у исходной пробы. Следовательно, удаление из угля части легких фракций приводит к снижению температур плавления золы.

При пылевидном сжигании угля в топочной камере идет процесс естественной сепарации частиц угля как по удельному весу, так и по размерам. Наиболее вероятно, что в шлаки будут выпадать более тяжелые фракции, а в газоходы будут уноситься более легкие. Следовательно, состав и свойства шлаков будут определяться взаимодействием только части минеральных примесей угля. При этом, как показано выше, температуры плавления шлака будут снижаться по сравнению с исходной золой. Это обстоятельство может создать благоприятные условия для жидкого шлакоудаления при сжигании березовского угля.

Из всего изложенного можно сделать следующие выводы:

1. Разделение пыли березовского угля происходит во всех диапазонах использованных жидкостей.

2. Выделены весовые фракции угля с уд. весом 2,28—2,86 г/смг, которые составляют основную часть привнесенных минералов.

3. Установлено количественное распределение пыли березовского угля по удельному весу, что позволит в дальнейшем выявить распределение минеральной части по всей массе угля.

4. Установлены интервалы плавления золы размерных и весовых фракций угля, из которых следует, что температурные характеристики золы зависят как от размера частиц, так и от удельного веса. Следовательно, представление температурных характеристик в виде средних значений для исходной лабораторной золы не может достаточно достоверно отображать поведение золы и шлака при сжигании углей Березовского месторождения.