Производство  ->  Энергетика  | Автор: | Добавлено: 2015-03-23

Сопоставление ингредиентов угля шахт города Киселевска, используемого в производстве

Город Киселевск расположен в юго-западной части Кемеровской области, в 180 км от областного центра. Он входит в состав Прокопьевско-Киселевского каменноугольного промышленного района. Город имеет сложную планировку, сложившуюся исторически по принципу «шахта-поселок», состоит из 6 обособленных территориальных районов: Красный Камень, Афонино, Центральный, Зеленая Казанка, Черкасов Камень, Карагайла. В городе размещено 5 действующих шахт, 5 угольных разрезов. Киселевск – центр добычи каменного угля и горного машиностроения.

В Большой Советской Энциклопедии, том 11 дается такое определение:

Каменный уголь – твердое горючие полезное ископаемое растительного происхождения.

Образуется из продуктов разложения органических остатков высших растений, перетерпевших изменения в условиях давления окружающих пород земной коры и сравнительно высокой температуры. Представляет собой плотную породу черного, иногда серо-черного цвета с блестящей, полуматовой или матовой поверхностью. В состав каменного угля входят следующие основные компоненты: 75-97% и более углерода; 0,5-4% серы; до 1,5% азота; 45-2% летучих веществ; количество влаги колеблется от 4 до 14%; золы – обычно от 2-4%до 45%; также входит в состав: 1,5-5,7% водорода; 1,5-15% кислорода. Высшая теплота сгорания, рассчитанная на влажную беззольную массу К. у. не менее 5700 ккал/кг. (диаграмма)

Промышленная классификация каменного угля Кузбасса (ГОСТ 8162-56) по маркам: длиннопламенные (Д), газовые (Г), газовые жирные (ГЖ), жирные (Ж), коксовые жирные (КЖ), коксовые (К), отощенные спекающиеся (ОС), тощие (Т), слабоспекающиеся (СС), полуантрациты (ПА) и антрациты (А). Иногда антрациты выделяются в отдельную группу. Для коксования используются в основном Каменный уголь марок Г, Ж, К, и ос, частично Д и Т. По мере перехода Каменный уголь от марки Д к маркам Т-А происходит уменьшение влаги в рабочем топливе от 14% у Каменный уголь марки Д до 4. 5-5,0% у марок Т-А; уменьшение содержания ( в горючей массе) кислорода от 15% до 1,5%; водорода – от 5,7% до 1,5%; содержание серы, азота и золы не зависит от принадлежности к той или иной марке. Теплота сгорания горючей массы К. у. последовательно возрастает от 7750 ккал/кг у марки Д до 8650-8750 ккал/кг у марки К и снижается 8450-8000 ккал/кг у марок ПА и А.

По размеру получаемых при добычи кусков. Каменный уголь классифицируется на: плитный (П) – более 100 мм, крупный (К) -50-100мм, орех (О) -26-50 мм, мелкий (М) -13-25 мм, семечко (С) -6-13 мм, штыб (Ш) – менее 6 мм, рядовой (Р) – не ограничен размерами. Принадлежность к марке и крупность кусков К. у. обозначаются буквенными сочетаниями – ДК и пр.

Шахтеры нашего города добывают уголь в шахтах и на разрезах. Я заинтересовался качеством угля нашего города и поставил перед собой

Цели исследовательской работы:

1. Изучить промышленную классификацию каменного угля Кузбасса, города Киселевска в частности, познакомиться с методами определения качества угля: влаги, зольности, летучи веществ, теплоты сгорания.

2. Сравнить состав проб угля, взятых из разных угольных пластов двух шахт г. Киселевска

Задачи исследовательской работы:

1. Исследовать аналитическую пробу угля массой 1г по содержанию влаги, золы, летучих веществ, количеству теплоты сгорания.

2. Проследить взаимосвязь величин при подсчетах. 3

3. Из анализа трехкратной пробы угля, взятой с интервалом в 6 месяцев (январь 2006 г. , июнь 2006 г. , январь 2007 г. ) проследить изменения в составе угля, определяющие его качество.

4. Сравнить анализ показателей ингредиентов угля шахт города Киселевска в целях использования их в производстве.

Пути решения данных задач:

Исследование угля, добытого шахтерами шахты Киселевская, шахтоуправлением Котинское я проводил в 3 этапа с интервалом 6 месяцев, т. е. в январе 2005 г. , июне 2005 г. , январе 2006 г. По классификации углей Кузбасса (ГОСТ 8162-56) марки ГОМСШ (газовый, орех, мелкий, семечко, штыб). Образец расчетов по показателям в работе представлен по I пробе угля (январь 2004), остальные данные представлены расчетной величиной, полученный из аналитической порции угольной пыли (муки) массой 1 г.

Исследовательская работа состоит из следующих экспериментальных опытов:

Экспериментальный опыт № 1

Тема. Определение зольности угля.

Цель: Определить % содержание зольности угля.

Зольность является одним из важных показателей качества угля. Золообразующими элементами угля являются минеральные примеси, которые после сжигания его превращаются в остаток, называемый золой. Золя является балластом, снижающим качество угля. Она образуется из минеральных примесей угля, которые представляют смесь: кварц, гипс, пирит, сидерит и другие соли. Минеральные примеси при озолении угля претерпевают ряд изменений, а именно: а) алюмосиликаты отдают свою гидратную воду, за счет чего минеральные примеси после озоления угля убывают в среднем в весе на 8%; б) карбонаты разлагаются с образованием углекислого газа СО2, который улетучивается; в) пирит окисляется с образованием оксида железа (III) Fe2O3 и оксида серы SO2, который либо улетучивается, либо связывается с оксидом кальция CaO и оксидом магния MgO. Это идет к увеличению веса золы.

Ход работы:

Проводим анализ угла шахт «Киселевская». Классификация - газовый, по размеру кусков- семечко, штыб, мелкий, орех.

Из аналитической проба топлива (угольная пыль) отобрал в предварительно взвешенную керамическую лодочку навеску по 1г вещества. Легким постукиванием добился равномерного распределения массы по лодочке. Лодочку внес в холодную муфельную печь. Температура должна подняться до 850°. При данной температуре прокаливание длится 40 минут. Затем в течение 5 минут их охладил в воздухе и поместил в эксикатор для остывания до комнатной температуры. Повторно взвесил.

вес пустой лодочки 15,3384г.

вес лодочки с навеской угля 16,390г.

Навеска 1,0516г.

вес лодочки после контрольного прокаливания 15,4500г.

вес зольного остатка 0,1116г.

Зольность (%) аналитической пробы определим по формуле: 4

Аа = 100 ∙; Ad = = 11% Ad – средняя зольность.

Зольность угля Дата Шахта «Киселевская» ШУ «Котинское»

1 проба 2 проба 1 проба 2 проба

Январь 2005 11,74 11 10,7 10,2

Июнь 2005 14,8 14,5 13 12,7

Январь 2006 13,74 12,1 12,7 10

Среднее значение 13,74 12,5 12,1 10,9

13,12 11,5

Вывод: Содержание золы в угле ш. «Котинская» выше, следовательно, спекаемость его больше, шлаков больше, качество его ниже, чем угля ШУ «Котинское».

Экспериментальный опыт № 2.

Тема: Определение влаги в аналитической пробе угля.

Цель Определить содержание влаги в аналитической порции и связать ее с зольностью.

Данный метод основан на высушивании топлива в сушильном шкафу при t=160°С и вычислении потери массы. Влага является одним из важных показателей качества угля.

Ход работы:

Из аналитической пробы отобрал в предварительно взвешенные боксы с крышками навеску угля 1,0050г. и 1,0016г. Боксы поместил в сушильный шкаф, предварительно нагретый до 160°. Во время высушивания бокс был открыт, а при охлаждении и взвешивании – закрыт. Это главные моменты этой работы. Через 15 минут боксы поместил в эксикатор для охлаждения до комнатной температуры и взвесил. При ускоренном анализе прокаливать нужно 5 минут, а при обыкновенном – 15 минут.

До прокаливания:

Бюкс 1 Бюкс 2 вес бюкса с пробой 31,1534г. 32,0680г.

вес бюкса 31,1484г. 31,0661г.

вес пробы 1,0050г. 1,0016г.

После прокаливания вес бюкса с пробой 32,1534г. 32,0680г.

вес бюкса 32,0901г. 32,0047г.

вес пробы 0,0633г. 0,0632г.

По данным результатам можно определить аналитическую влагу.

Учитывая зольность из работы №1 и средний вес влаги из данной работы я смог определить точное значение золы для данного образца угля.

Масса сухого остатка равна 100-6,30=93,7г.

Зольность = 11г. /93,7г. =0,1174 или11,74%.

Влага Дата ШУ «Котинское» Шахта «Киселевская»

1 проба 2 проба 1 проба 2 проба

Январь 2005 6,29 6,31 8,0 13,0

Июнь 2005 9,8 8,6 7,8 10,7

Январь 2006 8,8 9,4 8,5 10,0

8,2 8,1 8,1 11,2

8,1 9,65

Зольность Дата ШУ «Котинское» Шахта «Киселевская»

1 проба 2 проба 1 проба 2 проба

Январь 2005 10,7 10,2 11,74 11

Июнь 2005 13,0 12,7 14,8 14,5

Январь 2006 12,7 10 14,7 12,1

12,1 10,9 13,74 12,1

11,5 13,2

Вывод: Данный опыт позволил определить влажность каменного угля, связать ее с зольностью.

Я еще раз убедился, что эти два показателя для качества угля являются главными. По данным показателям зольность угля ШУ «Котинское» ниже, следовательно качество его выше.

Экспериментальный опыт №3.

Тема: Определение выхода летучих веществ в угле.

Выход летучих веществ определяется как разность потери массы и влаги при нагревании топлива в стандартных условиях.

Ход работы:

В прокаленный взвешенный тигль поместил 1,0015г. и 1,0017г. аналитической массы. Поставил в муфельную печь на 7 минут при температуре 900°. Секундомером замерял время. Когда остыли тигли заново взвесил.

До прокаливания:

Бюкс 1 Бюкс 2 вес бюкса с пробой 30,6366г. 31,8030г.

вес бюкса 1,0015г. 1,0017г.

вес пробы 31,6381г. 32,8047г.

После прокаливания вес бюкса с пробой 32,4366г. 32,6013г.

вес бюкса 0,2036г. 0,2038г.

вес пробы 32,6396г. 32,8051г.

Из предыдущей работы берем величину влажности угля Wа=6,30г. и нашел разность 20,33-6,30=14,03.

Аналитическую влажность Wа суммируем со средней зольностью: 11,74+6,3=17,7. Массу вещества берем за 100. , остаток мессы за вычетом зольности и влаги угля: 100-17,7=82,3г. Далее определим выход летучих веществ.

Выход летучих веществ = 14,03 / 82,3=0,1704=17,04%

82,3 – это месса нелетучего остатка.

По таблице определяю = 1,5%

Оставшийся остаток с помощью шпателя постарался перевернуть, рассмотреть и раздавить. Характер его определил по «классификации нелетучего остатка» ГОСТ 6382-91. Спекшийся – при легком нажиме пальца рассыпался в порошок.

Слабоспекшийся – при легком нажиме пальца рассыпался на кусочки.

Спекшийся, не сплавленный – для раскалывания на отдельные кусочки необходимо приложить усилия.

Сплавленный, не встроенный – плоская лепешка с металлическим блеском; высота менее 15мм.

Сплавленный, сильно вспученный – остаток с серебристым металлическим блеском, высота более 15 мм.

Исследуемый остаток был спекшийся, не сплавленный.

Летучие вещества Дата Шахта «Киселевская» ШУ «Котинское»

1 проба 2 проба 1 проба 2 проба

Январь 2005 17,04 22,0 37,1 38,3

Июнь 2005 35,7 36,00 42,7 42,3

Январь 2006 36,5 35,4 43,1 42,6

29,7 31 40,9 41

30,35 40,95

Вывод: Выход летучих веществ 30,35 и 40,95 – это высокий показатель, я еще раз убедился, что для дальнейших расчетов необходимы данные предыдущих опытов зольность и влага – значит это основные показатели качества угля.

По данным ингредиентам уголь высокого качества ШУ «Котинское» и среднего качества шахты «Киселевская»

Экспериментальный опыт №4.

Тема: Определение теплоты сгорания каменного угля.

Цель :Определить теплоту сгорания угля.

Суть данной работы заключается в том, что опытным путем определяется только одно значение – это теплота сгорания, которая получается при сжигании угля в бомбе.

Ход работы:

Данное исследование я проводил под контролем специалиста, т,к. работал с аппаратом «Калориметр 808 А» для сгорания данного топлива.

Очень осторожно 1г. аналитического топлива насыпал на папиросную бумагу и завязал медной тонкой проволочкой, концы которого являются электродами. Эту массу поместил в стальной сосуд (бомба), плотно закручиваем, помещаем в сосуд, в котором 4,800 кг H2O. В крышке отверстия для подачи кислорода. Начальная t°=24,5°. С помощью электрического тока через медную проволочку происходит загорание 1г. угля. Температура и количество теплоты высвечивается на табло.

Данные фиксировал через 30 секунд. Выделяют 3 периода сгорания угля: начальный, главный, конечный. Расчет по главному периоду.

Вес сосуда с H2O 4,850 кг удельная теплота сгорания проволочки4,96 кал удельная теплота сгорания бумаги3,760 кал теплота калориметрической установки3604 кал теплота бомбы5331 кал

Начальный период - 11 замеров

Главный период- 20 замеров

Конечный период- 10 замеров

Q рассчитываем по формуле:

Q = 3608 ∙ ((2,4252-0,8351)-0,0320)-291=3608 ∙ 1,5581-291=5331

2,4252 – конец главного периода

0,8351 – конец начального периода

3608 – число постоянное

Теплота сгорания топлива = 5331 кал

Теплота сгорания Дата Шахта «Киселевская» ШУ «Котинское»

1 проба 2 проба 1 проба 2 проба

Январь 2005 5331 5724 8027 7982

Июнь 2005 5883 6000 8126 7046

Январь 2006 5966 6138 8046 7216

5726 5954 8066 7415

5840 7740

Наличие серы в образцах угля

Сера Дата Шахта «Киселевская» ШУ «Котинское»

1 проба 2 проба 1 проба 2 проба

Январь 2005 0,22 0,29 0,26 0,19

Июнь 2005 0,22 0,29 0,26 0,19

Январь 2006 0,22 0,29 0,26 0,19

0,22 0,29 0,26 0,19

0,255 0,255

Вывод: В данном образце содержится более 4% серы. Данный образец угля по качеству средний, т,к. средний показатель содержания серы. Пробы угля, взятые в июне и январе 2005 г. свидетельствует, что теплота сгорания угля ШУ Котинское на много выше показателя шахты Киселевская это еще одно доказательство о высоком качестве угля первого предприятия.

Экспериментальный опыт № 5.

Тема: Коксуемость углей и определение пластометрических показателей.

Цель: Получить пластометрическую характеристику угля по пластометрической кривой и образца кролька (полукокса).

Метод основан на медленном нагревании и постоянном давлении пробы каменного угля и измерении расстояний между поверхностями раздела. Данный анализ угля проводили аппаратом Сапожникова. Основными пластометрическими показателями являются:

- толщина пластического слоя угля, определяемая при помощи иглы (пластомера)

- уменьшение высоты загрузки угля (усадка),

- форма кривой усадки

- вид коксового королька (полукокс)

Ход работы:

Вмести с лаборантом приготовили массу угля 100г. и загрузил в стальной стакан. Дно его с отверстиями, через них выходят газы. Плотно закрыли крышкой, в которую вставлена стальная трубка с термопаром. Замер t° производился по нижнему слою угольной загрузки. Есть отверстие для иглы пластомера. Конец рычага снабжен пером, которое вычерчивает пластометрическую кривую на миллиметровой бумаге,

За первые 30 минут температура должна подняться на 250°, а затем подниматься по 30° в каждые 10 минут. Нагревание производится при постоянном давлении.

Характеристику коксового королька дают по следующим показателям:

1) трещиноватость

2) пористость (малопористый, пористый)

3) бахрома (низкая, средняя, высокая)

4) губка (с мелкими пузырями, с крупными или полая)

5) блеск: матовый, полуматовый, полублестящий, блестящий

6) цвет: серый, светло – серый, темно – серый, черный

7) сплавленность: рыхлый, спеченный, сплавленный, проплавленный.

Наш образец угля выдал ломаную кривую, сопровождалось исследование выходом газа – это свидетельство того, что уголь коксующийся. Высота загрузки данного образца 45 мл, сплавленность – проплавленный, цвет – светло-серый, блеск – полублестящий, пористость – пористый. Высокое качество угля.

Прилагаю еще 2 образца пластометрических кривых:

1) Если прямая плавно спускается вниз по прямой, то уголь очень мелкий, порошок (низкое качество угля)

2) Если прямая в виде горки – уголь хорошего качества

Вывод: В ходе термической обработке угля при постоянном давлении я получили пластометрическую кривую, которая еще до получения королька дает первоначальное представление об угле. В результате денного анализа получили пластическую мессу угля – полукокс шахты Киселевская кокс ШУ Котинское, по внешнему виду которого можно судить о качестве угля.

Заключение

Данная работа носит исследовательский характер, так как сделан анализ трехкратной пробы угля, взятой с интервалом в 6 месяцев шахты «Киселевская « и шахтоупрвления «Котинское». В работе четко поставлены цели, задачи, пути решения данных задач с промышленной классификацией каменного угля и по размеру добываемых кусков. Важно отметить , что все расчетные величины представлены из аналитической пробы угольной пыли массой 1 грамм. Я считаю, что результаты моего исследования четко изложены в экспериментальной части работы по определению ингредиентов каменного угля: зольности, влаги ,содержанию летучих веществ, наличию серы, , теплоты сгорания. Обращаю внимание, что одним из важнейших показателей качества угля является коксуемость. Это интересная часть моей работы, в результате которой из 100граммов сгоревшего угля получается спекшийся камушек, его называют «королек» , вот он то и предсказывает судьбу добытой порции угля(кокс , полукокс). Он содержит полную информацию о промышленной пригодности угля.

Я считаю, что результаты исследования свидетельствуют о достижении поставленной цели.

Практическая значимость работы заключается в том, чтобы помочь сорентироваться потребителям на рынке предложения продукции по ассортименту угля.

Работа связана с подземным богатством Кузбасса- каменным углем. К 70-летию города(28 августа 2006 года) я решил внести свой вклад, провести исследования и результаты донести до одноклассников, сверстников на уроках, конференциях, на «Менделеевских чтениях» своего «Лицея» о значимости труда наших отцов. Теперь я и сам имею четкое представление о том, по каким показателям определяется марка угля.

Перспективы данной работы- продолжить анализ угля по зольности и коксуемости одного угольного пласта и разных угольных пластов, одного предприятия и разных, шахт и разрезов, т. е добываемого открытым и закрытым способом. Это право я передаю 10 –классникам нашего лицея.

Комментарии


Войти или Зарегистрироваться (чтобы оставлять отзывы)