Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,564

КАЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ ТОВАРНЫХ АНТРАЦИТОВ ВОСТОЧНОГО ДОНБАССА ВСРАВНЕНИИ СУЛЬТРАДИСПЕРСНЫМ АНТРАЦИТОМ

Евстифеев Е.Н. 1 Кужаров А.С. 1 Нестеров А.А. 1 Попов Е.М. 1 Савускан Т.Н. 1
1 Южный Федеральный университет
1.Бранчугов, В.А. Минерально-сырьевая база углей Восточного Донбасса/ В.А. Бранчугов, А.И. Жигуленкова [и др.];– Ростов н/Д.: Изд-во СКВЦ ВШ, 2003.– 264с.
2.Голубев, В.Ю. Новый уголь Восточного Донбасса/ В.Ю. Голубев// Экономика иТЭК сегодня.– 2012.– №18.– С. 13−15.
3.Клушанцев, Б.В. Дробилки. Конструкции, расчет, особенности эксплуатации/ Б.В.Клушанцев, А.И.Косарев, Ю.А.Муйземнек.– М.: Машиностроение, 1990.– 320с.
4.Авдеева, А.А. Контроль топлива на электростанциях/ А.А. Авдеева, Б.С. Белосельский, М.Н. Краснов.– М.: Энергия, 1993.– 431с.

В настоящее время энергетика Центральных районов России базируется почти полностью на газе и нефти, поступающих за многие тысячи километров из месторождений Сибири. Любой перебой в их поставке означает остановку десятков тысяч промышленных предприятий и национальную катастрофу России. Гарантом энергетической безопасности России и особенно её центральных регионов может служить уголь, запасы которого в стране огромны. Поэтому необходимо в кратчайшие сроки возродить угледобывающую промышленность и разработку месторождений энергетического сырья, расположенных в российской части Донецкого каменноугольного бассейна, в частности, в таком важнейшем регионе, как Северный Кавказ [1].

Ростовская область является основной угольной сырьевой базой Северо-Кавказского экономического региона. В области имеется более 6,5 млрд. тонн разведанных балансовых запасов угля, из которых около 90 % представлены запасами антрацита – лучшего в мире угля по калорийности [2].

Наличие в Ростовской области значительных запасов твердого топлива предопределяет ориентацию региональной энергетики на использование в качестве топлива для базовых электростанций угля местных месторождений с применением новых технологий его сжигания. В связи с этим принципиально важным решением для угольной энергетики может стать переход от прямого сжигания угля как горной массы к сжиганию измененного угольного топлива с новыми структурными, физико-химическими и реологическими свойствами.

Таким новым видом топлива может быть ультрадисперсный уголь, характеризующийся высокой пластичностью, низкой абразивностью, повышенной калорийностью и высокой степенью выгорания.

Цель работы – создание технологии приготовления водоугольного топлива (ВУТ) в виде устойчивой суспензии ультрадисперсного антрацита в воде и выявление зависимости теплоты сгорания антрацита от размера его частиц. В связи с этим решались задачи по диспергированию антрацита до наноразмерных величин и поиску стабилизаторов ВУТ.

Образцы водной суспензии ультрадисперсного антрацита готовили в шаровой мельнице. Принцип измельчающего действия шаровой мельницы состоит в том, что при вращении барабана мельницы яшмовые шары приводятся в непрерывное движение, вследствие которого достигается ударно-истирающее действие на антрацит, находящийся между их поверхностями [3]. В работе использовалась технология мокрого помола, заключающаяся в том, что в емкость барабана с полиуретановой футеровкой, загружали 95 яшмовых шаров, 400 г антрацита, предварительно измельченного в керамической ступке, затем наливали 1 л дистиллированной воды. Длительность работы шаровой мельницы в зависимости от степени измельчения антрацита составляла от 5 до 30 часов.

Для стабилизации ВУТ использовали кубовый остаток периодической дистилляции капролактама, представляющий собой твёрдый светло-коричневого цвета продукт частичной полимеризации капролактама и аминокапроновой кислоты. Механизм его стабилизирующего действия связан с несколькими возможными факторами устойчивости: адсорбционно-сольватным, электростатическим и структурно-механическим.

Основным энергетическим показателем угля является его теплота сгорания. Она определялась экспериментально путем сжигания навески угля в калориметрической бомбе по ГОСТ 147-95. Калориметрический метод измерения теплоты сгорания основан на полном сжигании массы испытуемого антрацита в калориметрической бомбе в изотермическом и адиабатическом режимах в среде сжатого кислорода и измерении подъёма температуры калориметрического сосуда за счёт теплоты, выделившейся при сгорании топлива и вспомогательных веществ [4].

Навеска антрацита помещалась в предварительно взвешенный тигель, дно которого было покрыто слоем прокаленного волокнистого асбеста, и взвешивалась с погрешностью не более 0,2 мг. Запальная проволока определенной массы прикреплялась к внутренней арматуре бомбы, которая присоединялась к приспособлению для её наполнения кислородом. Подача кислорода в бомбу регулировалась игольчатым клапаном до давления 2,9 МПа. При достижении требуемого давления закрывался впускной клапан бомбы и вентиль баллона, кислородоподводящая трубка отсоединялась от бомбы. Затем бомба опускалась в сосуд с дистиллированной водой и выдерживалась 2 мин для проверки отсутствия утечки кислорода из бомбы.

Измерения температуры разбивались на три периода:

− начальный (учет теплообмена калориметрической системы с окружающей средой в условиях начальной температуры опыта);

− главный (сгорание навески, передача выделившегося тепла калориметрической системе и выравнивание температуры всех ее частей);

− конечный (учет теплообмена калориметра с окружающей средой в условиях конечной температуры опыта).

Изменение температуры окружающего воздуха за время работы калориметра не должно быть более 1 °С в течение 30 минут.

Для исследований были отобраны шесть сортов товарных антрацитов шахты Шерловская-наклонная. Из табл. 1 видно, что при переходе от макроскопических размеров частиц антрацита к размерам его ультрадисперсного состояния наблюдается скачкообразное изменение изучаемого свойства – высшей теплоты сгорания угля в среднем на 8 %.

Представляло интерес исследовать также низшую теплоту сгорания антрацитов. Для этого были отобраны образцы обогащенного антрацита сортов АО и АУ из трёх различных шахт Восточного Донбасса (табл. 2).

Таблица 1

Высшая теплота сгорания различных сортов товарных антрацитов шахты Шерловская-наклонная в сравнении с ультрадисперсным антрацитом (АУ)

Антрацит

Высшая теплота сгорания, ккал/кг

сорт

класс, мм

АО

25−70

8083

АМ

13−25

8100

АС

6−13

8050

АСШ

0−13

8050

АШ

0−13

7900

АУ

0

8829

Таблица 2

Низшая теплота сгорания обогащенного антрацита сорта АО из трёх шахт Восточного Донбасса в сравнении с ультрадисперсным антрацитом

Шахта

Низшая теплота сгорания, ккал/кг

сорт АО

сорт АУ

Обуховская

7200

6910

Ростовская

7257

7483

Шерловская-наклонная

7326

7789

Как видно из табл. 2, только образец из шахты «Обуховская» выпадает из зависимости повышения теплоты сгорания антрацитов при переходе от макроскопических размеров частиц к размерам ультрадисперсного состояния угля. Образец ультрадисперного антрацита (АУ) из шахты «Ростовская» показал увеличение теплотворной способности на 4 %, а из шахты «Шерловская-наклонная» на 6 %.

Антрациты шахты «Обуховская» характеризуются невысоким содержанием серы до 1 % и зольностью до 36,6 %, а шахт «Ростовская» и «Шерловская-наклонная» высоким содержанием серы до 6,8 % и зольностью до 30,3 %. Это и повлияло на показания низшей теплотворной способности угля.

Основные преимущества ВУТ состоят в снижении топливных затрат по сравнению с мазутом и газом, а также технологическом удобстве использования угля в жидкой форме. Суспензия сохраняет свою стабильность (не расслаивается) в течение нескольких суток.

Уменьшение размера частиц антрацита до ультрадисперсного диапазона приводит к снижению зольности к концу окислительной термодеструкции практически до нуля, что свидетельствует о том, что с уменьшением размера частиц антрацита, скорость взаимодействия углерода с кислородом возрастает в десятки раз.

Разработанный вид топлива может быть перспективен при отработке режима технологии безмазутной растопки антрацита и поддержания его горения в пылеугольных котлах тепловых станций, что позволит решить многие экологические, экономические и другие проблемы.


Библиографическая ссылка

Евстифеев Е.Н., Кужаров А.С., Нестеров А.А., Попов Е.М., Савускан Т.Н. КАЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ ТОВАРНЫХ АНТРАЦИТОВ ВОСТОЧНОГО ДОНБАССА ВСРАВНЕНИИ СУЛЬТРАДИСПЕРСНЫМ АНТРАЦИТОМ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2013. – № 10-2. – С. 296-297;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=4187 (дата обращения: 26.05.2022).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074