Назад в библиотеку

Показатели качества углей, добытых на шахтах Украины

Авторы: Долгий В.Я., Кривченко А.А., ШамалоМ.Д., Долгая В.А.
Источник: Уголь Украины. – 1999 г., № 8 – с. 18–22

В зависимости от свойств углей устанавливается 19 показателей качества, которые характеризуют назначение и экономичность использования топлива. Для всех видов угольной продукции основными нормируемыми показателями качества топлива являются зольность, влажность, содержание серы, выход летучих веществ, высшая и низшая теплота сгорания.

Уголь содержит негорючие минеральные примеси, которые имеют неодинаковое происхождение. Различают материнские минеральные вещества, перешедшие в уголь из растительного материала, и минеральные примеси, механически попавшие в уголь в процессе его образования или добычи. Минеральные примеси являются балластом. Выход негорючего остатка в угле характеризуется косвенным показателем – зольностью. Зольностью угля называется массовое количество негорючего остатка после сжигания угольного вещества при температуре 800–875°С.

Зольность – один из важнейших показателей качества угля при добыче и обогащении, которым определяется ценность угольной продукции. Когда фактическая зольность не соответствует нормам, к оптовым ценам применяются скидки (надбавки) в размере 2,5% за каждый процент повышения или снижения зольности. Показатель зольности угля отражается в государственной статистической отчетности и при планировании является расчетным. Зольность угля опре­деляется по ГОСТ 1102–75, а затем пересчитывается на сухую массу в процентах.

Влажность – это содержание влаги в твердом теле, порошке или газе. Влага в угле подразделяется на внешнюю, внутреннюю (гигроскопическую) и химически связанную. Первые две вместе составляют общую влагу или влагу рабочего топлива. Влажность определяет многие свойства угля и имеет существенное значение при его добыче, транспортировке и использовании. От содержания влаги зависит пылеобразование и сыпучесть угольной массы. При повышенной влажности происходит комкование угольной мелочи, слеживание и зависание в бункерах, залипание на грохотах, смерзание при транспортировке в зимнее время.

Существенную роль играет влага в процессе окисления угля: влажный сорбирует кислород значительно больше, чем сухой. Увеличение концентрации кислорода ускоряет процесс окисления угля. Повышенная влажность угля при длительном его хранении ускорит самовозгорание. Влага является балластом топлива, она отрицательно влияет на теплотехнические и экономические показатели топливоиспользующих агрегатов.

Влага значительно снижает содержание полезных веществ – углерода и водорода, увеличивая непроизводительные расходы при транспортировке и погрузке.

При сжигании топлива на испарение влаги затрачивается теплота сгорания угля, в результате чего значительно снижается его теплотворная способность и КПД тепловых установок. При использовании углей для коксования увеличение влажности удлиняет период коксования, вследствие чего снижается производительность коксовых печей. Влага в угле влияет на расчеты с потребителем: за отклонение фактического ее содержания от средней нормы к оптовым ценам установлены скидки (надбавки) в размере от 1,3 до 2%.

Сера – наиболее вредная примесь в углях. В балансе сернистости углей существенную роль играют колчеданная и органическая сера и незначительную – сульфатная и элементарная. В углях невысокой сернистости (до 1,5%) преобладает сера органическая – около 60% общего ее содержания, в высокосернистых (более 4%) – колчеданная сера, а доля органической уменьшается до 30% ее общего содержания.

При сжигании углей значительная часть сернистых соединений превращается в двуокись серы, которая вредно действует на здоровье человека, отравляет атмосферу, вызывает коррозию металлов. Повышенное содержание серы в углях ухудшает качество кокса и увеличивает его расход при выплавке чугуна. Например, рост сернистости угля на 0,1% снижает производительность доменной печи и увеличивает расход кокса на 1,8%. Все это обусловливает необходимость строгого нормирования содержания серы в углях, добываемых шахтами. При несоответствии содержания общей серы в углях, предназначенных для коксования, указанным нормам к оптовым ценам применяются скидки (надбавки) в размере 5% за 1% превышения (или снижения) серы.

Летучие – это вещества, выделяющиеся в процессе нагревания угля в стандартных условиях при температуре (850±10)°С. В состав летучих веществ входят: влага, летучие органической части угля и частично продукты разложения некоторых минералов. В процессе коксования и полукоксования углей летучие улавливаются и используются как ценное химическое сырье.

Выход летучих веществ, определенный как отношение их массы к единице массы угля (в процентах) и пересчитанный на сухое беззольное топливо, характеризует состав и степень углефикации его органического вещества. В антрацитах выход летучих не более 8%, в каменных углях – от 8 до 50% и в бурых – 45–60%. Особенно велик выход летучих в сапропелитах (80% и более). Угли, обладающие сходными технологическими свойствами, в определенных условиях могут отличаться по выходу летучих веществ на 10%.

Характеристика угля по выходу летучих веществ и нелетучему органическому (коксовому) остатку играет важную роль для определения его технологических свойств. Этот показатель входит как один из основных в технологическую и промышленную классификации углей. Он учитывается при определении рационального промышленного их использования.

Теплота сгорания – количество тепла, выделяющегося при полном сгорании топлива. Основными горючими веществами в угле являются углерод, водород и отчасти сера (органическая и колчеданная). Различают низшую и высшую теплоту сгорания. Низшая определяется для рабочего топлива, а высшая – для сухого беззольного. Теплота сгорания зависит от свойств угольного вещества, от влажности и зольности: с их увеличением удельная теплота сгорания резко снижается, так как уменьшается содержание в углях горючей массы.

Теплота сгорания является одной из важнейших энергетических характеристик топлива. Видно , что по отрасли за анализируемый период наблюдается снижение пластовой и эксплуатационной зольности и рабочей влаги, а также увеличение высшей и низшей теплоты сгорания углей. Кроме того, имеет место стабилизация содержания общей серы и выхода летучих веществ. Особенно важно ежегодное снижение эксплуатационной зольности (в среднем на 0,6%), что обусловлено не только уменьшением пластовой и улучшением горно-геологических условий, но и переходом на учет добычи по фактической зольности, жестким нормированием показателей качества и выполнением мероприятий по качеству.

Наиболее значительное снижение эксплуатационной зольности достигнуто в ГХК «Донуголь» (8,1%). ПО «Стахановуголь» (8%) и ГХК «Краснодонупма» (5,5%). На отдельных шахтах снижение зольности составляет 10% и более. В то же время в некоторых случаях отмечается увеличение зольности на 1% и более. По ГХК «Луганскуголь», «Павлоградуголь» к ПО «Донецкуголь» эксплуатационная зольность за 1995–1998 гг. не изменилась.

В целом по отрасли за указанный период зольность снизилась на 105 шахтах и разрезах, увеличилась на 96 шахтах и разрезах и не изменилась на двух шахтах. На нескольких предприятиях, несмотря на снижение эксплуатационной зольности, она остается высокой – более 40%. Это ГХК «Укрзападуголь» (47,7%), «Доброполъеуголъ» (44,3%) и «Павлоградуголь» (41,5%), ПО «Снежноеантрацит» (46%), ГОАО «Шахта Благодатная» (42%). На девяти шахтах зольность превышает 50%. Это указывает на необходимость принятия в отрасли более действенных мер по сокращению засорения угля вмещающими породами.

За анализируемый период рабочая влага снизилась на 0,5%. Наиболее существенное ее уменьшение достигнуто на шахтах им. Героев космоса ГХК «Павлоградуголь» (3,9%), «Благодатная» (2,8%), «Пролетарская-Крутая» (2,4%) и № 10–бис ГХК «Макеевуголь» (1,6%), а также в ГХК «Добропольеуголь» (1,3%) и «Ровенькиантрацит» (0,9%).

Содержание рабочей влаги на многих предприятиях остается высоким. Однако не во всех случаях его можно снизить в результате выполнения мероприятий (проведения дренажных работ, усиления контроля за расходом воды на орошение и др.), поскольку влага зависит от исходного вещества угля и степени метаморфизма. Так, малометаморфизованные бурые угли имеют влажность 54–58%. По мере увеличения метаморфизма пластовая влажность снижается, а затем в антрацитах она вновь несколько увеличивается вследствие роста внутренней поверхности пор.

В первую очередь необходимо обратить внимание на те предприятия, на которых рабочая влага увеличивается. Всего их 16. Особенно большой рост влаги отмечается на шахтах «Новодружеская» (2,1%), «Первомайская» (1,4%), «Моспинская» (1,2%), «Заперевальная» (1,1%), «Краснопольевская» (1%). Для снижения рабочей влаги требуются специальные меры.

Показатели по общей сере и выходу летучих веществ в добытом угле зависят от их содержания в пластах, а также от долевого участия последних в добыче. Кроме того, выход летучих может определяться глубиной разработки, так как с ее увеличением растет степень метаморфизма углей. Содержание общей серы в добытых углях за 1995–1998 гг. колеблется по Минуглепрому от 2 до 2,1%. Самое низкое содержание в углях ПО «Снежноеантрацит» (0,9%), ГХК «Торезантрацит» (1%) и шахты «Бутовка–Донецкая» (1,1%); самое высокое – в ГХК «Первомайскуголь» и «Александрияуголь» (3,9%). По отдельным шахтам это колебание составляет от 0,6% (шахты «Заперевальная» № 2, «Красноармейская–Западная» № 1, «Родинская», «Должанская–Капитальная») до 5,7% (шахта им. Менжинского).

На ряде шахт содержание серы в углях повысилось на 1–2%. Увеличение или уменьшение ее количества вызвано изменением участия в добыче угля пластов с более высоким или низким содержанием серы.

Выход летучих веществ по Минуглепрому стабилизировался на уровне около 28%. Если по годам колебание этого показателя незначительно, то между предприятиями отрасли выход летучих колеблется от 3,5% (ГХК «Ровенькиантрацит») до 60,3% (ГХК «Александрияуголь»). Еще более существенный разброс на­блюдается между шахтами – от 2,9% (им. Вахрушева) до 62% («Медвежеярская»). За анализируемый период наибольшее увеличение выхода летучих (5,5%) произошло в ГП «Луганскуглестройреструктуризация», наибольшее уменьшение (2,5%) – на шахте им. Засядько. Как и в случае с общей серой, изменение выхода летучих веществ вызвано в основном участием в добыче различных угольных пластов.

Высшая теплота сгорания возросла на 23 ккал/кг, низшая – на 85 ккал/кг. Наибольшее увеличение высшей теплоты отмечено в ПО «Артемуголь» (242 ккал/кг), ГОАО «Шахта Благодатная» (140 ккал/кг) и им. Гаевого (106 ккал/кг), а низшей – в ГХК «Укрзападуголь» (397 ккал/кг), ОАО «Шахта Комсомолец Донбасса» (390 ккал/кг) и ПО «Стахановуголь» (312 ккал/кг). По отдельным шахтам, входящим в состав ГХК и ПО, значительно увеличилась высшая и низшая теплота сгорания. Увеличение низшей теплоты произошло в результате уменьшения зольности и рабочей влаги, увеличение же их привело к уменьшению низшей теплоты сгорания по отдельным предприятиям на 760–1700 ккал/кг.

Для улучшения показателей качества по теплоте сгорания необходимо осуществить меры по снижению зольности и влажности углей путем совершенствования технологии выемки угля, а также крепления и управления кровлей в очистных забоях при слабых вмещающих породах и тектонических нарушениях; ликвидации или уменьшения присечек боковых пород; совершенствования технологии проведения подготовительных выработок; обеспечения оптимальной структуры добычи на предприятиях за счет выбора более рационального долевого участия пластов; проведения дренажных работ; установления строгого контроля за расходом воды при орошении и т. д. Приведены мероприятия по улучшению качества добываемых углей в Минуглепроме, которые намечено внедрить в 1999 г. При этом ожидается снижение зольности на 1,1%.

Для более существенного улучшения качества углей требуется выполнить ряд научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ, которые позволят снизить зольность добываемого топлива на 5–6% и значительно улучшить экономические показатели предприятий: