СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НИЗШЕЙ ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ УГЛЕЙ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Изобретение относится к угольной промышленности, а именно к контролю качества углей.

В текущей работе геолога и мастера ОТК угольного разреза постоянно приходится сталкиваться с определением одного из главных показателей качества угля - низшей теплотой сгорания на рабочее состояние топлива . Теплота сгорания является одной из основных характеристик показателей качества энергетического топлива. Этот показатель определяет цену топлива.

Высшая теплота сгорания , характеризует природный тип углей, степень его углефикации и вещественный состав.

Согласно ГОСТ 147-95 «Определение высшей теплоты сгорания и вычисление низшей теплоты сгорания», определение высшей теплоты сгорания основано на полном сжигании массы испытуемого топлива в колориметрической бомбе в изотермическом или адиабатическом режиме при постоянном объеме в среде сжатого кислорода и измерении подъема температуры калориметрического сосуда за счет теплоты, выделяющейся при сгорании топлива и вспомогательных веществ, а также при образовании водных растворов азотной и серной кислот в условиях испытания. Масса навески 0,8-1,5 гр.

Процесс очень сложный и дорогостоящий.

Низшая теплота сгорания выражает количество тепла, которое с учетом балласта (W, А) может быть практически реализовано при сжигании. Величина расчетная - согласно ГОСТ 147-95, рассчитывается из показателей высшей теплоты сгорания по формуле с учетом пересчетных коэффициентов:

,

где 24,42 - теплота парообразования;

8,94 - коэффициент пересчета массовой доли водорода на воду;

H^a - массовая доля водорода в аналитической пробе;

W^a - массовая доля воды в аналитической пробе.

Формула довольно громоздкая и неприменимая к оперативным расчетам.

Различными исследователями постоянно изыскиваются пути определения по известным значениям рабочей влажности и зольности (W^r, A^r), методы определения которых менее затратные (как во времени, так и в материальном плане).

Целью изобретения является создание способа оперативного определения одного из основных показателей качества угля - низшей теплоты сгорания на рабочее состояние топлива, необходимое при текущем планировании добычи и отгрузки угля с учетом качественных характеристик, а также сокращение объема дорогостоящих анализов по определению теплотворных свойств углей.

Цель достигается тем, что способ определения низшей теплоты сгорания углей месторождения, заключается в том, что на стадии разведки и технологических испытаний производят определение показателей качества углей: рабочей влажности, зольности и низшей теплоты сгорания, а также средних значений этих параметров по месторождению и определяют низшую теплоту сгорания углей данного месторождения для любого состояния топлива по формуле

,

где - средние значения низшей теплоты сгорания, рабочей влажности и рабочей зольности , определенные на стадии разведки и технологических испытаний угля;

- зольность на рабочее состояние топлива, %

,

где - зольность на сухое состояние топлива, %

- низшая теплота сгорания на любое состояние топлива с известной рабочей влажностью и зольностью ,

затем строят график зависимости низшей теплоты сгорания угля от влажности и зольности и осуществляют оперативное определение низшей теплоты сгорания угля по показаниям рабочих влажности и зольности при помощи графика.

Предлагаемый способ был внедрен на Уртуйском месторождении.

Принимали за , , средние показатели качества углей, достаточно надежно определенные различными исследованиями на стадии разведки и технологических испытаний для Уртуйского месторождения: Q^к ₁=4020 ккал/кг, W^к ₁=29,5%, A^к ₁=12,5%. Выводили формулу расчета зольности на рабочее состояние топлива для углей Уртуйского месторождения:

где - зольность на сухое состояние топлива.

Подставляя средние значения в формулу (1) получили формулу расчета низшей теплоты сгорания для углей Уртуйского месторождения:

Эта формула позволяет рассчитать низшую теплоту сгорания Уртуйских углей для любого состояния топлива по известным значениям рабочей влажности и зольности.

Определив показатели: Q^к ₁, W^к ₁, A^к ₁ - для любого месторождения, используя данную методику, можно определить низшую теплоту сгорания углей для этого месторождения.

На основе данной формулы построен график (палетка) для определения графическим способом (фиг.1). Масштаб построения графика и количество линий может быть любым.

Дробные значения зольности и влажности откладываются на палетке путем интерполяции между целыми значениями. Правильность определения низшей теплоты сгорания по формуле (1) и графику проверена по результатам сопоставления этого показателя с лабораторией ТЭЦ г.Краснокаменска. По известным значениям и , определенным в лаборатории, рассчитывалась величина по формуле (1), которая сравнивалась с фактически полученным значением на калориметре. Всего сравнивалось 284 определения.

Среднее квадратическое расхождение между рассчитанными и фактическими значениями составило ±3,5%. Необходимо иметь в виду, что это расхождение является суммой погрешностей определения трех составляющих: влажности, зольности и теплоты сгорания пробы в лабораторных условиях. Исключив один из анализов - собственно определение теплоты сгорания, точность определения будет зависеть только от точности определения рабочей влажности и рабочей зольности.

Рассчитываем для различных значений влажности (в пределах наиболее часто встречающихся значений) при одинаковой зольности A^r=Const=8,81%.

Таблица 1 Расчет Qr i2=f(Wr 2) Влажность Зольность Теплота сгорания   Расчет   1 2 3 4 23 8,81 4501,2 (4020+6×29,5)(100-23-8,81/100-29,5-8,81)-6×23 23 8,81 4427,2 (4020+6×29,5)(100-24-8,81/100-29,5-8,81)-6×24 25 8,81 4353,2 (4020+6×29,5)(100-25-8,81/100-29,5-8,81)-6×25 26 8,81 4279,1 (4020+6×29,5)(100-26-8,81/100-29,5-8,81)-6×26 27 8,81 4205,1 (4020+6×29,5)(100-27-8,81/100-29,5-8,81)-6×27 28 8,81 4131,1 (4020+6×29,5)(100-28-8,81/100-29,5-8,81)-6×28 29 8,81 4057,0 (4020+6×29,5)(100-29-8,81/100-29,5-8,81)-6×29 30 8,81 3983,0 (4020+6×29,5)(100-30-8,81/100-29,5-8,81)-6×30 31 8,81 3908,9 (4020+6×29,5)(100-31-8,81/100-29,5-8,81)-6×31 32 8,81 3834,9 (4020+6×29,5)(100-32-8,81/100-29,5-8,81)-6×32 33 8,81 3760,8 (4020+6×29,5)(100-33-8,81/100-29,5-8,81)-6×32 34 8,81 3686,8 (4020+6×29,5)(100-34-8,81/       100-29,5-8,81)-6×34 35 8,81 3612,8 (4020+6×29,5) (100-35-8,81/100-29,5-8,81)-6×35 36 8,81 3538,8 (4020+6×29,5) (100-36-8,81/100-29,5-8,81)-6×36

Рассчитывали в зависимости от зольности, при этом достаточно взять одно условное значение, например 20%, т.к. согласно формуле (1), зависимость имеет линейный характер. Расчет приведен в таблице 2.

Таблица 2 Расчет Qr i2=f(Ar 2) при Wr 1=Gonst, Ar 1=8.81 Влажность , % Зольность , % Теплота сгорания. , ккал/кг Теплота сгорания , ккал/кг   РАСЧЕТ   1 2 3   4 23 20,0 4501,2 3740,0 (4501,2+6×23)(100-23-20/100-23-8,1)-6×23 24 20,0 4427,2 3666,0 (4427,2+6×24)(100-24-20/100-24-8,81)-6×24 25 20,0 4353,2 3592,0 (4353,2+6×25)(100-25-20/100-25-8,81)-6×25 26 20,0 4279,1 3517,9 (4279,1+6×26)(100-26-20/100-26-8,81)-6×26 27 20,0 4205,1 3443,9 (4205,1+6×27)(100-27-20/100-27-8,81)-6×27 28 20,0 4131,1 3369,9 (4131,1+6×28)(100-28-20/100-28-8,81)-6×28 29 20,0 4057,0 3295,8 (4057,0+6×29)(100-29-20/100-29-8,81)-6×29 30 20,0 3983,1 3221,8 (3983,0+6×30)(100-30-20/100-30-8,81)-6×30 31 20,0 3908,9 3147,8 (3908,9+6×31)         (100-31-20/100-31-8,81)-6×31 32 20,0 3834,9 3073,7 (3834,9+6×32)(100-32-20/100-32-8,81)-6×32 33 20,0 3760,9 2999,7 (3760,9+6×33)(100-33-20/100-33-8,81)-6×33 35 20,0 3612,8 2851,8 (3612,8+6×35)(100-35-20/100-35-8,81)-6×35 36 20,0 3538,8 2777,6 (3538,8+6×36)(100-36-20/100-36-8,81)-6×36

Наносим на график полученные значения, соединяем значения для одинаковой влажности и получаем набор линий (палетку), характеризующих зависимость теплоты сгорания от влажности и зольности (фиг.1).

Эти линии описываются формулами, приведенными в таблице 3.

Для дробных значений W^r _i теплота сгорания определяется методом интерполяции между линиями целых значений.

Точность снятия отсчета по палетке составляет ±5-10 Ккал/кг, в зависимости от масштаба построения.

Линии параллельны и находятся на расстоянии, равном 74 Ккал/кг. Для построения графика для других значений влажности достаточно провести параллельную линию через 74 Ккал/кг от соседней.

Используемые методы оперативного контроля качества угля позволяют формировать партии угля по заявкам потребителей и могут быть использованы на любом угольном месторождении с учетом данных по рабочей влажности и зольности для данного месторождения.