Адрес: 105678, г. Москва, Шоссе Энтузиастов, д. 55 (Карта проезда)
Время работы: ПН-ПТ: с 9.00 до 18.00, СБ: с 9.00 до 14.00

Температура горения антрацита: Температура горения древесного и каменного угля

Содержание

Температура горения угля. Виды угля. Удельная теплота сгорания каменного угля. Определение удельной теплоты сгорания керосина, сравнение с нефтью

Всякое топливо, сгорая, выделяет теплоту (энергию), оцениваемую количественно в джоулях или в калориях (4,3Дж = 1кал). На практике для измерения количества теплоты, которое выделится при сгорании топлива, пользуются калориметрами — сложными устройствами лабораторного применения. Теплоту сгорания называют также теплотворной способностью.

Количество теплоты, получаемой от сжигания топлива, зависит не только от его теплотворной способности, но и от массы.

Для сравнения веществ по объёму энергии, выделяемой при сгорании, более удобна величина удельной теплоты сгорания. Она показывает количество теплоты, образуемой при сгорании одного килограмма (массовая удельная теплота сгорания) или одного литра, метра кубического (объёмная удельная теплота сгорания) топлива.

Принятыми в системе СИ единицами удельной теплоты сгорания топлива считаются ккал/кг, МДж/кг, ккал/м³, Мдж/м³, а также их производные.

Энергетическая ценность топлива определяется именно величиной его удельной теплоты сгорания. Связь между количеством теплоты, образуемой при сгорании топлива, его массой и удельной теплотой сгорания выражается простой формулой:

Q = q · m , где Q — количество теплоты в Дж, q — удельная теплота сгорания в Дж/кг, m — масса вещества в кг.

Для всех видов топлива и большинства горючих веществ величины удельной теплоты сгорания давно определены и сведены в таблицы, которыми пользуются специалисты при проведении расчётов теплоты, выделяемой при сгорании топлива или иных материалов. В разных таблицах возможны небольшие разночтения, объясняемые, очевидно, несколько отличающимися методиками измерений или различной теплотворной способностью однотипных горючих материалов, добываемых из разных месторождений.

Наибольшей энергоёмкостью из твёрдых видов топлива обладает каменный уголь — 27 МДж/кг (антрацит — 28 МДж/кг). Подобные показатели имеет древесный уголь (27 МДж/кг).

Намного менее теплотворен бурый уголь — 13 Мдж/кг. Он к тому же содержит обычно много влаги (до 60 %), которая, испаряясь, снижает величину общей теплоты сгорания.

Торф сгорает с теплотой 14-17 Мдж/кг (зависит от его состояния — крошка, прессованый, брикет). Дрова, подсушенные до 20 % влажности, выделяют от 8 до 15 Мдж/кг. При этом количество энергии, получаемой от осины и от берёзы, может разниться практически вдвое. Примерно такие же показатели дают пеллеты из разных материалов — от 14 до 18 Мдж/кг.

Намного меньше, чем твёрдые, различаются величинами удельной теплоты сгорания жидкие виды топлива. Так, удельная теплота сгорания дизельного топлива — 43 МДж/л, бензина — 44 МДж/л, керосина — 43,5 МДж/л, мазута — 40,6 МДж/л.

Удельная теплота сгорания природного газа составляет 33,5 МДж/м³, пропана — 45 МДж/м³. Наиболее энергоёмким топливом из газообразных является газ водород (120 Мдж/м³). Он весьма перспективен для использования в качестве топлива, но на сегодняшний день пока не найдены оптимальные варианты его хранения и транспортировки.

Сравнение энергоемкости различных видов топлива


При сравнении энергетической ценности основных видов твёрдого, жидкого и газообразного топлива можно установить, что одному литру бензина или дизтоплива соответствует 1,3 м³ природного газа, одному килограмму каменного угля — 0,8 м³ газа, одному кг дров — 0,4 м³ газа.

Теплота сгорания топлива — это важнейший показатель эффективности, однако широта распространения его в сферах человеческой деятельности зависит от технических возможностей и экономических показателей использования.

Различные виды топлива обладают разными характеристиками. Это зависит от теплотворной способности и количества тепла, выделяющегося при полном выгорании топлива. Например, относительная теплота сгорания водорода влияет на его расходование. Теплотворная способность определяется с помощью таблиц. В них указываются сравнительные анализы расхода разных энергоресурсов.

Горючих имеется огромное количество. каждое из которых имеет свои минусы и плюсы

Сравнительные таблицы

С помощью табличек сравнения возможно объяснить, почему разные энергоресурсы обладают различной теплотворной способностью. Например, такие как:

  • электричество;
  • метан;
  • бутан;
  • пропан-бутан;
  • солярка;
  • дрова;
  • торф;
  • каменный уголь;
  • смеси сжиженных газов.

Пропан – один из популярных видов горючего

Таблицы могут продемонстрировать не только, например, удельную теплоту сгорания дизельного топлива. В сводки сравнительных анализов вписывают ещё и другие показатели: теплотворные способности, объёмные плотности веществ, цену за одну часть условного питания, коэффициент полезного действия отопительных систем, стоимость одного киловатта за час.

В этом видео вы узнаете о работе топлива:

Цены на топливо

Благодаря сводкам сравнительного анализа определяют перспективу использования метана или солярки. Цена газа в централизованном газопроводе имеет склонность к повышению . Она может оказаться выше даже дизельного топлива. Именно поэтому стоимость сжиженного углеводородного газа почти не поменяется, а его использование останется единственным решением при установке независимой системы газификации.

Существует несколько видов наименования горюче-смазочных материалов (ГСМ): твёрдого, жидкого, газообразного и некоторых других легковоспламеняющихся материалов, в которых при тепловыделяющей реакции закисления ГСМ его химическая теплоэнергия переходит в температурное излучение.

Выделяющаяся теплоэнергия называется теплотворностью различных видов топлива при полном выгорании любого легкогорючего вещества. Её зависимость от химсостава и влажности является основным показателем питания.

Термическая восприимчивость

Определение ОТС топлива производится экспериментальным способом или при помощи аналитического вычисления. Экспериментальное определение термической восприимчивости производится опытным путём установления объёма тепла, отделившегося при выгорании топлива в хранителе тепла с термостатом и бомбочкой для сжигания.

При необходимости определения по таблице удельной теплоты сгорания топлива сначала вычисления производят по формулам Менделеева . Существуют высшая и низшая степени ОТС топлива. При самой большой относительной теплоте выделяется большое количество тепла при выгорании любого топлива. При этом учитывается тепло, потраченное на выпаривание воды, находившейся в горючем.

При низшей степени выгорания ОТС составляет меньшее значение, чем в высшей степени, так как при этом испарина выделяется меньше. Испарение возникает из воды и водорода при горении топлива. Чтобы определить свойства топлива, в инженерных расчётах принимается во внимание низшая относительная теплота сгорания, являющаяся важным параметром горючего.

В таблицы удельной теплоты сгорания твёрдого горючего вносят следующие компоненты: уголь, дрова, торф, кокс. В них вносятся величины ОТС твёрдого легкогорючего материала. Названия топлива в таблицы вписывают по алфавиту. Из всех твёрдых форм ГСМ самой большой теплоотдающей способностью обладают коксующийся, каменный, бурый и древесный угли, а также антрацит. К топливу низкой продуктивности относятся:

  • древесина;
  • дрова;
  • порох;
  • торф;
  • возгораемые сланцы.

В ведомости жидкого ГСМ заносят показатели спирта, бензина, керосина, нефти. Удельная теплота сгорания водорода, а также разных форм горючего выделяется при безусловном выгорании одного килограмма, одного метра кубического или одного литра. Чаще всего такие физические свойства измеряются в единицах измерения работы, энергии и количества выделяемой теплоты.

В зависимости от того, до какой степени высока ОТС ГСМ, таким будет его расходование. Такая правомочность имеет самый значимый параметр горючего, и это необходимо учитывать при проектировке бойлерных установок на топливе разных видов. Теплотворная способность зависит от влажности и зольности , а также от возгораемых ингредиентов, таких как углерод, водород, летучая горючая сера.

УТ (удельная теплота) выгорания спирта и ацетона намного ниже классического моторного ГСМ и она равняется 31,4 МДж/кг, у мазута этот показатель колеблется в пределах 39-41,7 МДж/кг. Показатель УТ сгорания природного газа 41-49 МДж/кг.

Одна ккал (килокалория) равна 0,0041868 МДж. Калорийность горючего различных видов отличается друг от друга по УТ выгорания. Чем больше тепла отдаёт любое вещество, тем больше его теплообмен. Этот процесс называется ещё и теплоотдачей. В теплоотдаче принимают участие жидкости, газы и жёсткие частицы.

Что такое топливо?

Это один компонент либо смесь веществ, которые способны к химическим превращениям, связанным с выделением тепла. Разные виды топлива отличаются количественным содержанием в них окислителя, который применяется для выделения тепловой энергии.

В широком смысле топливо является энергоносителем, то есть, потенциальным видов потенциальной энергии.

Классификация

В настоящее время виды топлива подразделяют по агрегатному состоянию на жидкое, твердое, газообразное.

К твердому природному виду причисляют каменный и дрова, антрацит. Брикеты, кокс, термоантрацит это разновидности искусственного твердого топлива.

К жидкостям причисляются вещества, имеющие в составе вещества органического происхождения. Основными их компонентами являются: кислород, углерод, азот, водород, сера. Искусственным жидким топливом будут разнообразные смолы, мазут.

Является смесью разнообразных газов: этилена, метана, пропана, бутана. Помимо них в составе газообразного топлива есть углекислый и угарный газы, сероводород, азот, водяной пар, кислород.

Показатели топлива

Основной показатель сгорания. Формула для определения теплотворной способности рассматривается в термохимии. выделяют «условного топлива», которое подразумевает теплоту сгорания 1 килограмма антрацита.

Бытовое печное топливо предназначается для сжигания в отопительных устройствах незначительной мощности, которые находятся в жилых помещениях, теплогенераторах, применяемых в сельском хозяйстве для сушки кормов, консервирования.

Удельная теплота сгорания топлива — это такая величина, что демонстрирует количество теплоты, которое образуется при полном сгорании топлива объемом 1 м 3 либо массой один килограмм.

Для измерения этой величины используют Дж/кг, Дж/м 3 , калория/м 3 . Чтобы определить теплоту сгорания, используют метода калориметрии.

При увеличении удельной теплоты сгорания топлива, снижается удельный расход топлива, а коэффициент полезного действия остается неизменной величиной.

Теплота сгорания веществ является количеством энергии, выделяющейся при окислении твердого, жидкого, газообразного вещества.

Она определяется химическим составом, а также агрегатным состоянием сгораемого вещества.

Особенности продуктов сгорания

Высшая и низшая теплота сгорания связана с агрегатным состоянием воды в получаемых после сгорания топлива веществах.

Высшая теплота сгорания это количество теплоты, выделяемое при полном сгорании вещества. В эту величину включают и теплоту конденсации водяного пара.

Низшая рабочая теплота сгорания является той величиной, что соответствует выделению тепла при сгорании без учета теплоты конденсации водяных паров.

Скрытой теплотой конденсации считают величину энергии конденсации водяного пара.

Математическая взаимосвязь

Высшая и низшая теплота сгорания связаны следующим соотношением:

Q B = Q H + k(W + 9H)

где W — количество по массе (в %) воды в горючем веществе;

H-количество водорода (% по массе) в горючем веществе;

k — коэффициент, составляющий величину 6 ккал/кг

Способы проведения вычислений

Высшая и низшая теплота сгорания определяется двумя основными методами: расчетным и экспериментальным.

Для проведения экспериментальных вычислений применяют калориметры. Сначала сжигают в нем навеску топлива. Теплота, которая будет при этом выделяться, полностью поглощается водой. Имея представление о массе воды, можно определить по изменению ее температуры, величину ее теплоты сгорания.

Данная методика считается простой и эффективной, она предполагает только владение информацией о данных технического анализа.

В расчетной методике высшая и низшая теплота сгорания вычисляется по формуле Менделеева.

Q p H = 339C p +1030H p -109(O p -S p) — 25 W p (кДж/ кг)

Оно учитывает содержание углерода, кислорода, водорода, водяного пара, серы в рабочем составе (в процентах). Количество теплоты при сгорании определяется с учетом условного топлива.

Теплота сгорания газа позволяет проводить предварительные расчеты, выявлять эффективность применения определенного вида топлива.

Особенности происхождения

Для того чтобы понять, сколько теплоты выделяется при сгорании определенного топлива, необходимо иметь представление об его происхождении.

В природе есть разные варианты твердого топлива, которые отличаются между собой составом и свойствами.

Его образование осуществляется через несколько стадий. Сначала образуется торф, затем получается бурый и каменный уголь, потом формируется антрацит. В качестве основных источников образования твердого топлива выступают листья, древесина, хвоя. Отмирая, части растений при воздействии воздуха, разрушаются грибками, образуют торф. Его скопление превращается в бурую массу, потом получается бурый газ.

При высоком давлении и температуре, бурый газ переходит в каменный уголь, потом топливо накапливается в виде антрацита.

Помимо органической массы, в топливе есть дополнительный балласт. Органической считают ту часть, что образовалась из органических веществ: водорода, углерода, азота, кислорода. Помимо этих химических элементов, в его составе есть балласта: влага, зола.

Топочная техника предполагает выделение рабочей, сухой, а также горючей массы сжигаемого топлива. Рабочей массой называют топливо в исходном виде, поступающем к потребителю. Сухая масса — это состав, в котором отсутствует вода.

Состав

Самыми ценными компонентами считаются углерод и водород.

Эти элементы содержатся в любом виде топлива. В торфе и древесине процентное содержание углерода достигает 58 процентов, в каменном и буром угле — 80%, а в антраците оно достигает 95 процентов по массе. В зависимости от этого показателя меняется количество теплоты, выделяемой при сгорании топлива. Водород это второй по важности элемент любого топлива. Связываясь с кислородом, он образует влагу, которая существенно снижает тепловую ценность любого топлива.

Его процентное содержание колеблется от 3,8 в горючих сланцах до 11 в мазуте. В качестве балласта выступает кислород, входящий в состав топлива.

Он не является теплообразующим химическим элементом, поэтому негативно отражается на величине теплоты его сгорания. Сгорание азота, содержащегося в свободном либо связанном виде в продуктах сгорания, считается вредными примесями, поэтому его количество четко лимитируется.

Сера входит в состав топлива в виде сульфатов, сульфидов, а также в качестве сернистых газов. При гидратации оксиды серы образуют серную кислоту, которая разрушает котельное оборудование, негативно воздействует на растительность и живые организмы.

Именно поэтому сера является тем химическим элементом, присутствие которого в природном топливе является крайне нежелательным. При попадании внутрь рабочего помещения, сернистые соединения вызывают существенные отравления обслуживающего персонала.

Выделяют три вида золы в зависимости от ее происхождения:

  • первичную;
  • вторичную;
  • третичную.

Первичный вид формируется из минеральных веществ, которые содержатся в растениях. Вторичная зола образуется как результат попадания во время пластообразования растительных остатков песком и землей.

Третичная зола оказывается в составе топлива в процессе добычи, хранения, а также его транспортировки. При существенном отложении золы происходит уменьшение теплопередачи на поверхности нагрева котельного агрегата, снижает величину теплопередачи к воде от газов. Огромное количество золы негативно отражается на процессе эксплуатации котла.

В заключение

Существенное влияние на процесс горения любого вида топлива оказывают летучие вещества. Чем больше их выход, тем объемнее будет объем фронта пламени. Например, каменный уголь, торф, легко загораются, процесс сопровождается незначительными потерями тепла. Кокс, который остается после удаления летучих примесей, в своем составе имеет только минеральные и углеродные соединения. В зависимости от особенностей топлива, величина количества теплоты существенно изменяется.

В зависимости от химического состава выделяют три стадии формирования твердого топлива: торфяную, буроугольную, каменноугольную.

Натуральную древесину применяют в небольших котельных установках. В основном используют щепу, опилки, горбыли, кору, сами дрова применяют в незначительных количествах. В зависимости от породы древесины величина выделяемой теплоты существенно изменяется.

По мере снижения теплоты сгорания, дрова приобретают определенные преимущества: быструю воспламеняемость, минимальную зольность, отсутствие следов серы.

Достоверная информация о составе природного либо синтетического топлива, его теплотворной способности, является отличным способом проведения термохимических вычислений.

В настоящее время появляется реальная возможность выявления тех основных вариантов твердого, газообразного, жидкого топлива, которые станут самыми эффективными и недорогими в использовании в определенной ситуации.

В данном уроке мы научимся рассчитывать количество теплоты, которое выделяет топливо при сгорании. Кроме того, рассмотрим характеристику топлива — удельную теплоту сгорания.

Поскольку вся наша жизнь основана на движении, а движение в большинстве своем основано на сгорании топлива, то изучение данной темы весьма важно для понимания темы «Тепловые явления».

После изучения вопросов, связанных с количеством теплоты и удельной теплоемкостью, перейдем к рассмотрению количества теплоты, выделяемого при сжигании топлива .

Определение

Топливо — вещество, которое в некоторых процессах (горение, ядерные реакции) выделяет тепло. Является источником энергии.

Топливо бывает твердым, жидким и газообразным (рис. 1).

Рис. 1. Виды топлива

  • К твердым видам топлива относят уголь и торф .
  • К жидким видам топлива относят нефть, бензин и другие нефтепродукты .
  • К газообразным видам топлива относят природный газ .
  • Отдельно можно выделить очень распространенное в последнее время ядерное топливо .

Сгорание топлива — это химический процесс, который является окислительным. При сгорании атомы углерода соединяются с атомами кислорода , образуя молекулы. В результате этого выделяется энергия, которую и использует человек в своих целях (рис. 2).

Рис. 2. Образование углекислого газа

Для характеристики топлива используется такая характеристика, как теплотворность . Теплотворность показывает, какое количество теплоты выделяется при сгорании топлива (рис. 3). В физике теплотворности соответствует понятие удельной теплоты сгорания вещества .

Рис. 3. Удельная теплота сгорания

Определение

Удельная теплота сгорания — физическая величина, характеризующая топливо, численно равна количеству теплоты, которое выделяется при полном сгорании топлива.

Удельную теплоту сгорания принято обозначать буквой . Единицы измерения:

В единицах измерения отсутствует , так как сгорание топлива происходит практически при неизменной температуре.

Удельная теплота сгорания определяется опытным путем с помощью сложных приборов. Однако для решения задач существуют специальные таблицы. Ниже приведем значения удельной теплоты сгорания для некоторых видов топлива.

Таблица 4. Удельная теплота сгорания некоторых веществ

Из приведенных величин видно, что при сгорании выделяется огромное количество теплоты, поэтому используются единицы измерения (мегаджоули) и (гигаджоули).

Для вычисления количества теплоты, которое выделяется при сгорании топлива, используется следующая формула:

Здесь: — масса топлива (кг), — удельная теплота сгорания топлива ().

В заключении заметим, что большая часть топлива, которое используется человечеством, запасена с помощью солнечной энергии. Уголь, нефть, газ — все это образовалось на Земле благодаря воздействию Солнца (рис. 4).

Рис. 4. Образование топлива

На следующем уроке мы поговорим о законе сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах.

Список литературы

  1. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. — М.: Мнемозина.
  2. Перышкин А.В. Физика 8. — М.: Дрофа, 2010.
  3. Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. — М.: Просвещение.
  1. Интернет-портал «festival.1september.ru» ()
  2. Интернет-портал «school.xvatit.com» ()
  3. Интернет-портал «stringer46.narod.ru» ()

Домашнее задание

Температура горения угля считается тем основным критерием, который позволяет избежать ошибок при выборе топлива. Именно от этой величины напрямую зависит производительность котла, его качественная работа.

Вариант определения температуры

Зимой вопрос обогрева жилых помещений особенно актуален. В связи с систематическим ростом стоимости теплоносителей, людям приходится искать альтернативные варианты выработки тепловой энергии.

Оптимальным способом для решения сложившейся проблемы будет подбор твердотопливных котлов, которые имеют оптимальные производственные характеристики, отлично сохраняют тепло.

Удельная теплота сгорания каменного угля представляет собой физическую величину, показывающую, какое количество тепла способно выделяться при полном сгорании килограмма топлива. Для того чтобы котел работал длительное время, важно правильно подбирать к нему топливо. Удельная теплота сгорания каменного угля высока (22 МДж/кг), поэтому данный вид топлива считается оптимальным для эффективной работы котла.

Характеристики и свойства древесины

В настоящее время наблюдается тенденция перехода с установок, в основе которых был процесс сгорания газа, на твердотопливные отопительные бытовые системы.

Не все знают о том, что создание комфортного микроклимата в доме напрямую зависит от качества выбранного топлива. В качестве традиционного материала, применяемого в таких отопительных котлах, выделим древесину.

В суровых климатических условиях, характеризующихся продолжительной и холодной зимой, достаточно сложно обогревать древесиной жилище весь отопительный сезон. При резком понижении температуры воздуха владелец котла вынужден его использовать на грани максимальных возможностей.

При выборе в качестве твердого топлива древесины возникают серьезные проблемы и неудобства. В первую очередь отметим, что температура горения угля гораздо выше, чем у древесины. Среди недостатков и высокая скорость сгорания дров, что создает серьезные затруднения при эксплуатации отопительного котла. Его владелец вынужден осуществлять постоянный контроль наличия дров в топке, потребуется достаточно большое их количество на отопительный сезон.

Варианты угля

Температура горения значительно выше, поэтому данный вариант топлива является отличной альтернативой для обычных дров. Отметим и прекрасный показатель теплоотдачи, продолжительность процесса горения, незначительный расход топлива. Существует несколько разновидностей угля, связанных со спецификой добычи, а также глубиной залегания в земных недрах: каменный, бурый, антрацит.

У каждого из указанных вариантов есть свои отличительные качества и характеристики, которые позволяют использовать его в твердотопливных котлах. Температура горения угля в печи будет минимальной при использовании бурого, так как в его составе содержится достаточно большое количество разнообразных примесей. Что касается показателей теплоотдачи, то их величина аналогична древесине. Химическая реакция горения является экзотермической, теплота сгорания угля имеет высокий показатель.

У каменного угля температура воспламенения достигает 400 градусов. Причем теплота сгорания угля данного вида довольно высока, поэтому данный вид топлива широко используют для обогрева жилых помещений.

Максимальная эффективность у антрацита. Среди недостатков такого топлива выделим его высокую стоимость. Температура горения угля данного вида достигает 2250 градусов. Подобного показателя нет ни у одного твердого топлива, добываемого из земных недр.

Особенности печи, работающей на угле

Подобное устройство имеет конструктивные особенности, предполагает проведение реакции пиролиза угля. не относится к полезным ископаемым, он стал продуктом человеческой деятельности.

Температура горения угля составляет 900 градусов, что сопровождается выделением достаточного количества тепловой энергии. Какова технология создания такого удивительного продукта? Суть заключается в определенной обработке древесины, благодаря чему происходит существенное изменение ее структуры, выделение из нее избыточной влаги. Осуществляется подобный процесс в специальных печах. Принцип действия таких устройств базируется на процессе пиролиза. Печь для получения древесного угля состоит из четырех базовых компонентов:

  • камеры сгорания;
  • укрепленного основания;
  • дымохода;
  • отсека вторичной переработки.

Химический процесс

После попадания в камеру происходит постепенное тление дров. Данный процесс происходит благодаря наличию в топке достаточного количества газообразного кислорода, поддерживающего горение. По мере тления наблюдается выделение достаточного количества тепла, превращение избыточной жидкости в пар.

Дым, выделяющийся в процессе реакции, идет в отсек вторичной переработки, там он полностью сгорает, происходит выделение тепла. выполняет несколько важных функциональных задач. С ее помощью образуется древесный уголь, а в помещении поддерживается комфортная температура.

Но процесс получения подобного топлива является достаточно деликатным, и при малейшем промедлении возможно полное сгорание дров. Необходимо в определенное время извлекать из печи обуглившиеся заготовки.

Применение древесного угля

При соблюдении технологической цепочки получается отличный материал, использовать который можно для полноценного обогрева жилых помещений во время зимнего отопительного сезона. Безусловно, температура горения каменного угля будет выше, но не во всех регионах такое топливо доступно по цене.

Горение древесного угля начинается при температуре 1250 градусов. Например, плавильная печь работает именно на древесном угле. То пламя, которое образуется при подаче в печь воздуха, с легкостью расплавляет металл.

Создание оптимальных условий для горения

По причине высокой температуры все внутренние элементы печи выполняются из специального огнеупорного кирпича. Для их укладки применяют огнеупорную глину. При создании специальных условий вполне можно получить в печи температуру, превышающую 2000 градусов. У каждого вида угля существует свой показатель точки воспламенения. После достижения этого показателя важно поддерживать температуру воспламенения, непрерывно подавая в топку избыточное количество кислорода.

Среди недостатков данного процесса выделим потерю тепла, ведь часть выделяемой энергии будет уходить через трубу. Это приводит к понижению температуры топки. В ходе экспериментальных исследований ученым удалось установить для различных видов топлива оптимальный избыточный объем кислорода. Благодаря выбору избытка воздуха, можно рассчитывать на полное сгорание топлива. В итоге можно рассчитывать на минимальные потери тепловой энергии.

Заключение

Сравнительную ценность топлива оценивают по его теплотворной способности, измеряемой в калориях. Учитывая характеристики разных его видов, можно сделать вывод, что именно каменный уголь является оптимальным видом твердого Многие владельцы собственных отопительных систем стараются использовать котлы, работающие на смешанном топливе: твердом, жидком, газообразном.

Сжигание антрацитов

Сжигание антрацитов

Единственным слоевым топочным устройством, обеспечивающим полностью механизированное сжигание антрацитов в чистом виде, является у нас пока топка с цепной решеткой. Но она может успешно работать не на всех сортах этого топлива.

Основное условие хорошего горения антрацита это высокая температура в слое. Отсюда вытекает необходимость утепления топки (закрытия экранных труб сводов), а также поддержания довольно большой толщины слоя (200 — 250 мм). Задний свод должен перекрывать 0,6 — 0,65 активной длины решетки, иначе не будет обеспечиваться надежное воспламенение топлива. Острое дутье со стороны заднего свода является обязательным,— оно нужно здесь не только для перемешивания продуктов горения, но и как аэродинамическое удлинение свода. Поскольку антрациты воспламеняются медленно, то длина цепной решетки между валами должна быть не менее 6,5 м. В топках с более короткими решетками достигнуть хороших результатов большей частью не удается. Воспламенение топлива начинается на расстоянии 0,5 — 1,5 м от регулятора слоя. Чтобы исключить проход воздуха через не горящий участок слоя, первая дутьевая зона обычно наглухо зашивается сверху стальным листом.

Подогрев дутьевого воздуха свыше 150 — 200°С не рекомендуется из опасения пережога колосникового полотна и зашлаковывания слоя. Колосники решетки сильно страдают от нагрева даже при холодном дутье.

Полная механизация топочного процесса и достаточно высокие тепловые нагрузки достигаются только при грохоченный антрацитах классов 6 — 13, 13 — 25 мм (марок AC, AM) с тугоплавкой золой. Примерный режим работы топки: толщина слоя около 200 мм, максимальное давление воздуха под решеткой 80 — 90 мм вод. ст., температура горячего воздуха 150°С, теплонапряжение зеркала горения до Q/R=1000 тыс.ккал/(м2Xч), коэффициент избытка воздуха в конце топки  αт= 1,3÷1,4. Тепло напряжения топочного объема допустимы до Q/V=300 тыс.ккал/(м3Xч). Потеря от механического недожога составляет q=7÷12% (при отсутствии возврата уноса). Эти данные относятся к топливу с зольностью Ас=14÷20%. При большей зольности работа топки может резко ухудшаться, особенно в случаях, когда зола обладает низкой температурой плавления.

Для серийных котлов ДКВР-20 при сжигание антрацитов предусмотрены сейчас цепные решетки длиной 8 м. Испытания головного образца котла на антраците АС с зольностью Ас= 14,2÷20,4% и выходом летучих Vг=2,3÷4,3% выявили следующие показатели работы топки: расход пара 15,7 — 22,2 т/ч, тепло напряжение решетки Q/R = 595÷767 тыс.ккал/(м2Xч), тепло напряжение топочного объема Q/V=256÷336 тыс. ккал/(м3Xч), толщина слоя топлива 220 — 240 мм, скорость решетки 3,6 — 4,8 м/ч, максимальное давление воздуха под решеткой 90 — 120 мм вод. ст., температура горячего воздуха 130 — 166°С, коэффициент избытка первичного воздуха αпер= 1,17÷1,82, коэффициент избытка воздуха в конце топки αт=1,36÷2,04, потеря со шлаком q4шл= 1,15÷2,2%, потеря с уносом q4уп=0,54÷1,49% (при наличии возврата уноса и острого дутья), суммарная потеря от механического недожога q= 2,08÷3,69%. Острое дутье подавалось со стороны заднего свода через 6 сопел диаметром 27 мм, причем давление воздуха в раздающем коллекторе составляло 245 — 255 мм вод. ст. Нормальный воздушный режим топки: αпер=1,25, αт=1,55. При меньших избытках воздуха наблюдалось шлакование топочной камеры и конвективного пучка котла.

Как видно, потери от механического недожога получились низкими. Но нужно учитывать большую длину решетки, относительно малые тепловые нагрузки и хорошее качество антрацита. При легкоплавкой золе топлива нельзя было бы работать с таким толстым слоем и соответственно высокими температурами в слое.

На многих установках сжигание антрацитов встречает большие затруднения. Слой зашлаковывается или плохо воспламеняется, кочегарам приходится шуровать его через боковые дверки и лючки, а также частично перегребать топливо с середины решетки на ее начальный участок. Причинами этого могут являться повышенная зольность антрацита, низкая температура плавления его золы, туго горючесть некоторых сортов антрацита, неправильное выполнение топок и недостаточное давление воздуха под решеткой. Если все, что связано с конструкцией топки и ее режимом, можно исправить, то приспособиться к неблагоприятным характеристикам топлива практически невозможно. Легкоплавкая зола и высокие температуры в слое несовместимы.

В ряде случаев целесообразно добавлять к антрацитам каменные высокореакционные угли в количестве 15 — 20%. Здесь, правда, появляются большие трудности в обеспечении равномерного смешения двух топлив. Нужно предусматривать соответствующие смешивающие устройства на тракте топливоподачи.

К заштыбленным антрацитам марок АРШ и АСШ топки с цепной решеткой не приспособлены. Хотя давно стоит вопрос об исключении их из поставки для слоевого сжигания (см. § 1-1), фактически они все же поступают в больших количествах в промышленные и отопительные котельные. Зольность их составляет до Ас= 27%.

Сжигание антрацитов осуществляется при значительных затратах труда на ручные шуровки слоя. Тепло напряжения зеркала горения не превышают 60 0- 700 тыс. ккал/(м2Xч). Потери от механического недожога доходят до 15 — 20% (при отсутствии возврата уноса).

Интересные данные о работе топок с цепной решеткой под котлами ДКВр-10 на антраците АРШ приводятся С. А. Тагером и Н. И. Рябцевым.

Первоначально указанные котлы снабжались решетками с длиной между валами 5500 мм. Задний свод перекрывал 0,4 активной длины решетки. При сжигании антрацита АРШ с характеристиками: Wр= 8÷10%, Ас =22÷27%, Vг=4÷5%

D6тл =45% топка обслуживалась двумя кочегарами, причем последние затрачивали примерно 30% времени на сгребание жара к фронту и шурование слоя, и еще 15% времени на дополнительную ручную подброску антрацита через боковые дверки топочной камеры. В моменты сгребания жара решетка останавливалась. Паропроизводительность котла составляла не более 4 — 5 т/ч.

Котлы с длиной решетки 6500 мм и степенью перекрытия ее сводом — 0,5 работали лучше. Топки двух смежных котлов обслуживались тремя кочегарами. Ручная подброска топлива не производилась, но сгребание жара к фронту оставалось необходимым. Движение решетки было непрерывным. Время ручного вмешательства составляло около 40%.  Паропроизводительность котла была равна в среднем 6 т/ч.

Чтобы улучшить зажигание и горение антрацита АРШ, было предложено удлинить задний свод на 800 мм (рис. 8-8), доведя степень перекрытия решетки до 0,65. В результате этого топливо стало надежно зажигаться на расстоянии ~ 0,5 м от регулятора слоя и необходимость ручного вмешательства для организации его воспламенения отпала. Номинальная паропроизводительность котла, однако, достигается только при Wр≤10%,  Ас≤25% и D6тл≤50%. Коэффициент избытка воздуха за котлом составляет до = 1,8. Примерно того же порядка он должен быть и в топке, поскольку присос воздуха в газоходы
высокого котла ДКВ можно считать незначительным.

Рис. 8-8. Удлинение заднего свода в топке с цепной решеткой под котлом ДКВ-10 (по предложению Тагера и др. ).1 — задний свод в заводском исполнении; 2 — шесть удлиненных труб заднего экрана; 3 — плиты дополнительного свода из огнеупорного бетона; 4 — лючок для обдувки дополнительного свода; 5 — открытый участок труб заднего экрана (для улучшения выжига шлака).

Из приведенных данных видно, насколько трудным является сжигание антрацитов в топках с цепной решеткой.

На ряде объектов решетки снабжены неподвижной шурующей планкой, установленной на участке начала активного горения антрацита. О такой планке говорилось в § 3-1. Есть сообщения, что она существенно улучшает слоевой процесс, но к этим сведениям нужно отнестись с известной осторожностью, так как многое зависит от случайных местных условий. Пока целесообразность применения неподвижной шурующей планки не подтверждена данными испытаний.

Значительно лучше протекает горение негрохоченых антрацитов при добавке к ним высокореакционных каменных углей в количестве 20 — 30%. Но опять-таки представляет трудности равномерное смешение двух топлив.

Для сжигания антрацитов под котлами паропроизводительностью менее 10 т/ч широко используются топки с пневмомеханическими забрасывателями и поворотными колосниками типа ПМЗ-РПК. Результаты получаются различными в зависимости от качества топлива и технического состояния котельных установок.

Достаточно высокие тепловые нагрузки [1000 — 1100 тыс. ккал/(м2Xч)] могут быть обеспечены как на грохоченом, так и негрохоченом топливе. Необходимо лишь, чтобы имелись достаточные резервы по тяге и дутью, поскольку для устойчивого горения антрацита в указанных топках требуются повышенные дутьевые форсировки слоя. Часто, однако, это условие не соблюдается, поэтому бывают нарекания на работу топок.

Горение антрацитов в топках ПМЗ-РПК происходит примерно в таком же тонком слое, как и при каменных и бурых углях. Температуры в слое получаются относительно низкими, что благоприятно с точки зрения предупреждения шлакования, но неблагоприятно в отношении полноты выгорания углерода. Поддержание тонкого слоя требует известного навыка, поскольку неосторожная слишком большая подача топлива может вызвать образование шлаковой корки. Давление воздуха под решеткой в начале периода между чистками от шлака требуется около 20 мм вод. ст., а в конце периода 60 мм вод. ст. В момент чистки одной из секций решетки нужно увеличивать дутье под другими секциями до 80 и даже 100 мм вод. ст.

Экономические показатели сжигания зависят в основном от зольности топлива, температуры плавления золы и способности антрацита растрескиваться при нагреве. Содержание мелочи в топливе имеет меньшее значение, а влажность не влияет на горение.

Относительно приемлемые результаты достигаются при работе на грохоченых антрацитах марок АС и AM, имеющих нормально зольность Ас=14%. Коэффициент избытка воздуха в конце топки составляет αт=1,6÷1,7, потеря тепла со шлаком 4 — 6%, потеря с уносом при отсутствии возврата уноса 8 — 10% и при наличии возврата 4 — 5%.

Совсем другое дело негрохоченые антрациты марок АРШ и АСШ, которые отличаются зольностью Ас=18÷27%. Чтобы избежать шлакования слоя и угасания горения приходится работать с очень высоким коэффициентом избытка воздуха в топке — αт=1,8÷2,2. Потеря со шлаком составляет 6 — 12%, потеря с уносом при отсутствии возврата уноса — 12 — 20% и при наличии возврата уноса — 6 — 10%. Увеличение этих потерь есть следствие снижения температур в слое.

Из приведенных данных следует, что сжигать многозольные негрохоченые антрациты в топках ПМЗ-РПК нерационально.

Как и в случае цепной решетки, лучшие результаты могут быть получены при добавках к антрацитам высокореакционных каменных углей. Это практикуется на многих объектах. Равно-мерное смешение двух топлив не является обязательным, поскольку эту функцию выполняют забрасыватели, распределяющие надлежащим образом то и другое топливо по всей площади решетки.

Топки с пневмомеханическими забрасывателями и цепной решеткой обратного хода (ПМЗ-ЛЦР и ПМЗ-ЧЦР) в обычном исполнении нормально работать на чистых антрацитах с низким выходом летучих (Vг≤5%), по-видимому, не могут, так как не допускают отрыва горения от задней стены топочной камеры. Об этом, правда, приходится говорить с осторожностью, поскольку опытный материал пока недостаточен. Смеси антрацитов с высокореакционными каменными углями сжигаются довольно легко, причем добавка каменного угля требуется в количестве 15 — 30%. Смешение топлив может производиться приблизительное.

При сжигании таких смесей в топках ПМЗ-ЛЦР и ПМЗ-ЧЦР под котлами СУ-20 получены следующие результаты: зольность смеси топлив Ас=21÷24,7%, выход летучих для смеси топлив Vг=10,5÷12,6%, тепло напряжение зеркала горения Q/R =1080÷1550 тыс. ккал/(м2Xч), температура горячего воздуха 140 — 175°С; коэффициент избытка воздуха в топке αт=1,38÷1,49, потеря со шлаком 5 — 7%, потеря с уносом при наличии острого дутья и возврата уноса 3 — 4%, суммарная потеря от механического недожога 8 -11%.

Все сказанное про сжигание антрацитов относится также к полуантрацитам. Но они сжигаются несколько легче, так как имеют более высокий выход летучих.

АНТРАЦИТ | Газогенераторы МСД

Наиболее унифицированным видом естественного топлива является антрацит [99].

Антрацит добывают почти исключительно в Донецком бассейне. Куски антрацита имеют серовато-черный цвет с металлическим бле­ском; черта на фарфоровой пластинке темно-серая (до черной). Антра­цит характеризуется раковистым изломом и значительной вязкостью. Плотность антрацита 1,4—1,7, т. е. выше, чем у каменных углей [73].

Таблица 85

Технические условия на термоантрацит

Литейный ГОСТ 7749-65

Электродный ГОСТ 4794—75

Влажность «wp, % не более

Зольность А0, % не более

Для первого сорта

Для второго сорта

Содержание общей серы

S0, % не более

Для первого сорта

Для второго сорта

Выход летучих у

См3/г не более

Класс крупности, мм

Содержание мелочн, % не более

Удельное электрическое сопротивле­ние, ом • мм2/м не более

2,0

6,0 10,0

1,0 1,75 40,0

40—80 ; 80-120 5 1,6 5,0

20—120; 10—70 5

1000

И теплотехнические характеристики антрацита даны в

Состав табл. 86.

Ниже приведена классификация антрацита на марки в зависимости от размера кусков, мм:

Антрацит Плитный АП 100—300

Антрацит Крупный АК 50—100

TOC o «1-3» h z Антрацит Орех АО 25—50

Антрацит Мелкий AM 13—25

Антрацит Семечко АС 6—13

Антрацит Штыб АШ до 6

Антрацит Рядовой АР до 300

С уменьшением размера кусков антрацита значительно увеличивает­ся содержание в топливе пустой породы и возрастает его зольность. Так, ередняя зольность антрацита марок АП и АК менее 6%, а марок АШ и АРШ более 16% (см. табл. 86).

Сортированный антрацит — ценный вид топлива для газогенерато­ров, печей и котлов с топками для слоевого сжигания угля. Антрацит марок АШ и АРШ (после измельчения) используют в камерных топках.

Применение несортированного антрацита со штыбом (АРШ) длят слоевого сжигания нецелесообразно вследствие больших потерь топли­ва из-за провала и уноса.

Применение антрацита в шахтных печах затруднительно вследствие его малой термической стойкости, обусловливающей растрескивание и образование мелочи, повышающей сопротивление слоя шихты.

Термостойкость антрацита можно существенно повысить путем на­грева по определенной температурной кривой до 1200 °С. При этом на­ряду с увеличением термической стойкости антрацита достигается уве­личение его пористости и реакционной способности. Подвергнутый тер­мической обработке антрацит (термоантрацит) применяют в вагранках для замены части кокса. При этом можно достичь повышения эффек­тивности использования топлива и снижения содержания серы в метал­ле.

Промышленность выпускает два вида термоантрацита — литейный для вагранок и электродный для производства электродов. Технические условия на термоантрацит приведены в табл. 85.

Сухие продукты полного сгорания антрацита, не разбавленные воз­духом, содержат ~20,2% ROz и 79,8% N2.

Состав продуктов сгорания антрацита при различной степени раз­бавления воздухом, а также значения коэффициентов избытка возду­ха а и разбавления сухих продуктов сгорания h приведены в табл. 87.

Располагаемое тепло продуктов сгорания антрацита q, потери тепла с уходящими газами q2 и уменьшение потерь тепла с уходящими газа­ми вследствие снижения их температуры Aq можно подсчитать по уни­версальным формулам, справедливым для всех видов топлива, а также по локальным формулам [37]:

Q=0,0Unp. =0,01 -{ty. r—t’yx)Z. (XVI.4)

Значения величины Z для продуктов сгорания антрацита в зависи­мости от их температуры и степени разбавления, т. е. доли углеродсо — держащих компонентов, приведены в табл. 88.

Приводим подсчет потерь тепла с уходящими газами с использованием величины 2. Подсчет 1. При сжигании антрацита марки АШ в котлоагрегате производнтель- иостью 90 т пара в час получены продукты полного сгорания, содержащие 13,33% Температура уходящих газов 125°; температура воздуха 35 °С. Подсчитать потерн тепла с уходящими газами.

Первый метод. По формуле (XVI.2) для антрацита <72=0,01 .і(гу. г—гв) 2=0,01 • (125—35) -5,65=5,095 « 5,1%. Значение величины Z определено по табл. 88.

Второй метод. По универсальной формуле для всех видов топлива на основе его жаропроизводительности

Чш = ty’tT~t [С’ + (Л — 1) ВК]-100 125—35

= —2І40—'(0,82 + 0,51-0,78-0,95). 100 = 5,1%. Здесь Л = R03 max/tf 02 =1,51.

177

Марки антрацита

Показатели

АП н АК

AM н АС

АРШ

АШ

Горючая масса

-Состав (средний по

Донецкому бассейну), %

1,5

^ОР

0,8

Сг

93,5

Нг

2,0

Nr

0,8

Ог

1,4

Выход летучих Vі, %

3,5

Ккал/кг

8150

Рабочая масса

Состав, %

U7P

4,0

5,0

6,0

7,0

Лр

5,7

13,3

16,9

16,7

СР

°к + 0р

1,7

1,7

1,7

1,7

Ср

85,0

76,4

71,8

70,5

HP

1,6

1,5

1,4

1,4

NP

0,9

0,8

0,8

0,8

Op

1,1

1,3

1,4

1,9

Ккал/кг

7250

6500

6100

6000

ROi mtii %

20,2

20,2

20,2

20,2

F T »шах1 ^

2160

2150

2150

2140

P, ккал/м3

915

915

915

910

R, ккал/м3

875

870

870

865

В

0,95

0,95

0,95

0,95

W прнв> /0

0,5

0,8

1,0

1,2

^прнв> %

0,7

2,0

2,8

2,8

^прнв» %

0,25

0,25

0,3

0,3

Vа m3 ‘ в прнв»

1,11

1,11

1,11

1,11

Пприв. О. прнв. м3

0,04

0,05

0,05

0,06

Плавкость золы, °С

И

1060

1060

1070

1070

И

1170

1170

1200

1200

И

1200

1200

1240

1240

Таблица 87″

Состав и теплотехнические характеристики продуктов полного сгорания антрацита

Состав сухих продуктов полного сгорания.

П

Калориметрическа

А

А

Температура

ROa

Ог

Na

ГоренняХал

20,2

0,0

79,8

1,00

1,00

2140

20,0

0,2

79,8

1,01

1,01

2120

19,8

0,4

79,8

1,02

1,02

2100

19,6

0,6

79,8

1,03

1,03

2080

19,4

0,8

79,8

1,04

1,04

2070

19,2

1,0

79,8

1,05

1,05

2060

19,0

1,3

79,7

1,06

1,06

2040

18,8

1,5

79,7

1,07

1,07

2020

18,6

1. 7

79,7

1,09

1,09

2000

18,4

1.9

79,7

1,10

1,10

1990

18,2

2,1

79,7

1,11

1,11

1970

18,0

2,3

79,7

1,12

1,12

1960

17,8

2,5

79,7

1,13

1,13

1940

17,6

2.7

79,7

1,15

1.15

1930

17,4

2,9

79,7

1,16

I-v 1,16

1910-

17,2

3. 1

79,7

1,17

1,17

1890

17,0

3,4

79,6

1,19

1,19

1870

16,8

3,6

79,6

1,20

1,20

1860

16,6

3,8

79,6

1,21

1,21

1840

16,4

4,0

79,6

1,23

1,23

1830-

16,2

4,2

79,6

1,24

1.24

1810-

16,0

4.4

79,6

1,26

1,26

1800

15,8

4. 6

79,6

1,28

1,28

179fr

15,6

4.8

79,6

»« Г»

1,29

1,29

1770-

15,4

5.0

79,6

1,31

1,30

1750-

15,2

5.2

79,6

1,33

1,33

1730і

15,0

5,4

79,6

1,34

1,34

І7ІО

14,8

5,6

79,6

1,36

1,36

1690і-

14,6

5,8

79,6

1,38

1,38

1670′

14,4

6,0

79,6

1,40

1,40

1640-

14,2

6,2

79,6

1,42

1,42

_

14,0

6,4

79,6

1,44

1,44

_

13,8

6,6

79,6

1,46

1,46

_

13,6

6. 8

79,6

1,48

1,48

13,4

7.0

79,6

1,51

1,50

13,2

7.3

79,5

1,53

1,52

_

13,0

7.5

79,5

1,55

1,54

_

12,8

7,7

79,5

1,58

1,57

_

12,6

7,9

79,5

1,60

1,59

_

12,4

8,1

79,5

1,63

1,62

_

12,2

8,3

79,5

1,66

1,65

Состав сухих продуктов полного сгорания,

%

Калориметрическая

ROi

О*

N 2

H

А

Температура горения /^ад

12,0

8,5

79,5

1,68

1,67

11,8

8,7

79,5

1,71

1,70

11,6

8,9

79,5

1,74

1,73

11,4

9,1

79,5

1,77

1,76

11,2

9,4

79,4

1,80

1,79

11,0

9,6

79,4

1,83

1,82

10,8

9,8

79,4

1,87

1,86

10,6

10,0

79,4

1,90

1,89

10,4

10,2

79,4

1,94

1,93

10*2

10,4

79,4

1,98

1,97

10,0

10,6

79,4

2,02

2,01

9,8

10,8

79,4

2,06

2,05

9,6

11,0

79,4

2,10

2,09

9,4

11,2

79,4

2,15

2,14

9. 2

11,4

79,4

2,20

2,19

9,0

11,6

79,4

2,25

2,24

8.8

11,8

79,4

2,30

2,29

8,6

12,0

79,4

2,35

2,34

8,4

12,2

79,4

2,40

2,39

8,2

12,5

79,3

2,46

2,45

8,0

12,7

79,3

2,52

2,51

7,8

12,9

79,3

2,59

2,58

7,6

13,1

79,3

2,66

2,65

7. 4

13,3

79,3

2,73

2,71

7.2

13,6

79,2

2,80

2,78

7.0

13,8

79,2

2,88

2,86

6.8

14,0

79,2

2,97

2,95

6,6

14,2

79,2

3,07

3,05

6.4

14,4

79,2

3,16

3,14

6,2

14,6

79,2

3,26

3,24

6,0

14,8

79,2

3,36

3,34

5,8

15,0

79,2

3,46

3,43

5. 6

15,2

79,2

3,60

3,57

5,4

15,4

79,2

3,74

3.71

5,2

15,6

79,2

3,88

3,85

5,0

15,8

79,2

4,04

4,01

Примечание. ROi сухих продуктов полного сгора’ния аитрацнта 20,2%

3 CA 2 AL 2 SIO 7 7 4

Содержание [ в продуктах Гсгорания

‘ «о2+со. %

Z

Содержание в продуктах

Сгоранш ROa+CO, %

Z

Содержание в продуктах

Сгорания ЛОа+СО, %

Z

Содержание в продуктах

Сгорания ЛОа+СО. %

Z

20,2

3,87

16,8

4,57

13,4

5,60

10,0

7,40

20,1

3,90

16,7

4,59

13,3

5,65

9,9

7,46

20,0

3,92

16,6

4,62

13,2

5,70

9,8

7,52

19,9

3,94

16,5

4,64

13,1

5,75

9,7

7,59

19,8

3,96

16,4

4,66

13,0

5,80

9,6

7,66

19,7

3,98

16,3

4,69

12,9

5,85

9,5

7,76

19,6

3,99

16,2

4,72

12,8

5,90

9,4

7,86

19,5

4,01

16,1

4,74

12,7

5,94

9,3

7,95

19,4

4,02

16,0

4,76

12,6

5,98

9,2

8,04

. 19,3

4,04

15,9

4,80

12,5

6,02

9,1

8,12

.19,2

4,05

15,8

4,83

12,4

6,07

9,0

8,20

19,1

4,07

15,7

4,86

12,3

6,11

8,9

8,28

«19,0

4,08

15,6

4,89

12,2

6,15

8,8

8,35

.18,9

4,10

15,5

4,92

12,1

6,20

8,7

8,45

.18,8

4,11

15,4

4,95

12,0

6,25

8,6

8,55

18,7

4,13

15,3

4,98

11,9

6,30

8,5

8,65

. 18,6

4,15

15,2

5,00

11,8

6,35

8,4

8,75

.18,5

4,18

15,1

5,03

11,7

6,40

8,3

8,85

.18,4

4,20

15,0

5,06

11,6

6,45

8,2

8,95

.18,3

4,22

14,9

5,09

11,5

6,50

8,1

9,05

J8,2

4,24

14,8

5,12

11,4

6,55

8,0

9,15

18,1

4,26

14,7

5,15

11,3

6,60

7. 9

9,25

18,0

4,29

14,6

5,18

11,2

6,65

7,8

9,37

17,9

4,32

14,5

5,21

11,1

6,70

7,7

9,50 •

-17,8

4,34

14,4

5,24

11,0

6,75

7.6

9,61

-17,7

4,36

14,3

5,27

10,9

6,80

7.5

9,72

-17,6

4,38

14,2

5,30

10,8

6,85

7,4

9,85

17,5

4,40

14,1

5,33

10,7

6,90

7,3

10,00

. 17,4

4,42

14,0

5,36

10,6

6,96

7,2

10,12

-17,3

4,44

13,9

5,40

10,5

7,03

7,1

10,25

.17,2

4,47

13,8

5,44

10,4

7,12

7,0

10,40

17,1

4,49

13,7

5,48

10,3

7,19

_

17,0

4,52

13,6

5,52

10,2

7,26

_

І6,9

4,54

13,5

5,56

10. исходя из состава я теплоты сгорания топлива, 9г=5,2%.

Подсчет 2. При сжигании в котлоагрегате производительностью 150 т пара в час антрацита марки АШ, предварительно подсушенного до содержания влаги 2%, были — получены продукты полного сгорания с содержанием 14,25% R02. Температура уходя­щих газов 140 °С, температура воздуха 20 °С. Подсчитать потери тепла с уходящим» газами.

Первый метод. По формуле (XVI.2) и табл. 91

92=0,01 (ty. r — tB) Z=0,01-(140—20)-5,285=6,34% «6,3%.

Второй метод. По универсальной формуле

Q2 = [С’ + (h — 1) ВК] • 100 =

Cmax

140 — 20

=—— 2Ї40— -(°’82 + 0,42-0,95-0,78)-100 = 6,3%.

Третий метод. На основе определения теплоты сгорания и состава сжигаемого антрацита потери тепла с уходящими газами подсчитаны равными 6,1 % без учета со­держания влаги в воздухе. С учетом содержания влаги в воздухе 92=6,2%.

Следовательно, расхождение в подсчетах на основе жаропроиз­водительности и теплоты сгорания составляет всего лишь 0,1%, несмот­ря на то, что при подсчетах по первым двум методам не учитывалось повышение жаропроизводительности вследствие подсушки антрацита. 9’7 — 6,2%.

Третий метод. Исходя из теплоты сгорания и состава смеси антрацита и каменного угля, потери тепла с уходящими газами данного состава и температуры составили без учета содержания влаги в воздухе 6,12%, что соответствует 6,22% при содержании в воз­духе 1 % (по массе) HjO.

Потери тепла вследствие химической неполноты сгорания можно подсчитать по формуле (IX.4), справедливой для всех видов топлива, или по формуле для антрацита

Q2 = 67СО/(ЯОа + СО) %. (XVI.5)

Подсчет 4. В продуктах сгорания антрацита содержится 12,75% R02 и 0,13% СО. Подсчитать потери тепла вследствие химической неполноты горения.

Первый метод. По формуле (XVI.5)

<7, = 67-0,13(12,75 + 0,13) =6,7%.

Второй метод. По универсальной формуле (IX.4) иа основе теплосодержания 1 м3 сухих продуктов сгорания Р и коэффициента разбавления продуктов сгорания А:

, ГОд max 20,2

R03 + СО — 12,75 + 0,13- 1»а’1

30.2-СО-АЮО 30,2 0,13-І,57-100 е

•<7з=—— р——- =———- Gig——- =6,7%.

Шунгит. Вблизи деревни Шуньга у ОнежскогЬ озера и на Кольском полуострове обнаружен своеобразный вид топлива, названный шун — гитом.

Горючая масса шунгита содержит около 97% С, 1% Ни 2% О,[71, 100].

Изучены четыре разновидности шунгита. Первая разновидность ха­рактеризуется весьма малой зольностью — порядка 2—4%. Однако она обнаружена лишь в виде весьма тонких прожилок толщиной 1—2 см. Вторая разновидность шунгита содержит около 40% мине­ральной массы, третья 60—80%, а четвертая более 90%. Высокая золь­ность шунгита наряду с термической неустойчивостью топлива и малым выходом летучих крайне затрудняет его использование. Многочисленные яопытки, предпринимавшиеся в этом направлении, пока не увенчались успехом [101].

В Северо-Западный район страны издалека завозят каменный уголь и транспортируют природный газ. В соответствии с этим интересно по­вторить попытку использования местного топлива — шунгита, на этот раз совместно с природным газом.

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Температура горения летучих — Справочник химика 21

    Данные о распределении концентраций летучих в пограничной пленке (рис. 8-7) и о теплотворной способности смеси летучих (рис. 8-8) позволяют определить значения теоретических температур горения летучих в пограничной пленке их можно рассчитать по выражению [c.195]

    Рассмотрим процесс горения частицы твердого топлива при переменных температурах. Горением летучих и протеканием вторичных реакций пренебрежем. [c.189]


    Так как температура горения летучих металлов превышает температуру кипения их окислов, последние находятся в зоне горения в газообразном состоянии. Из зоны горения пары окислов диффундируют как в твердую корку окислов, так и в воздух, где они, охлаждаясь, конденсируются и превращаются затем в мельчайшие твердые частицы окисла — дым. Образование белого плотного дыма является одним из признаков горения летучих металлов.[c.149]

    Температура воздуха, нагретого в рекуператорах и идущего на горение летучих веществ в горелки, достигает 750—800 °С. [c.117]

    Ввиду выделения летучих веществ над слоем кокса поддерживается восстановительная среда для снижения угара. Необходимый для горения летучих веществ воздух предварительно нагревается до 400-450 °С и подается в печь через фурмы. Выделяющегося при стора-нии летучих веществ тепла достаточно для получения кокса плотностью 2060 кг/м. Для получения кокса большей плотности и для разогрева печи в период пуска подается топливный газ через 16 плоскофакельных газовых горелок, смонтированных в своде печи. Конечная температура и продолжительность нагрева кокса оказывают преобладающее влияние на качество готового продукта. [c.80]

    Учитывая высокую интенсивность этих процессов в условиях слоевого горения, можно считать, что они протекают и заканчиваются в очень узкой зоне на поверхности слоя, не превышающей по высоте размера средней частицы. Воспламенение и горение летучих и интенсивный тепло- и массообмен частицы с потоком приводят к быстрому нарастанию температуры поверхности коксового остатка, углерод которого по мере прекращения выхода летучих начинает все более активно вступать во взаимодействие с кислородом. Начинается стадия выгорания коксового остатка. Зона выгорания углерода кокса занимает по существу весь остальной участок высоты слоя. [c.225]

    Проведение опыта. Поместить в пробирку немного пыли никеля, ввести стеклянную трубку в пробирку так, чтобы она почти касалась поверхности порошка и пропустить ток окиси углерода. Когда окись углерода заполнит пробирку, поднести к ее отверстию зажженную лучинку и поджечь СО. Нагреть дно пробирки горелкой. Образующийся карбонил никеля легко летуч и вскоре в голубом пламени окиси углерода появляются светящиеся искорки раскаленного никеля, так как при температуре горения окиси углерода карбонил никеля разлагается. Если внести в пламя окиси углерода холодную фарфоровую чашку, на ней образуется слой металлического никеля.[c.79]

    Абсолютная величина скорости горения летучих ВВ и ее зависимость от давления и начальной температуры близки к аналогичным зависимостям для газовых систем. [c.27]

    При горении летучих веществ в потоке воздуха время их выхода сокращается за счет интенсификации теплообмена от горящей оболочки, имеющей более высокую температуру, чем грею- [c.90]


    Горение летучих и коксового остатка проходило стадийно, но с небольшим (в пределах 5 ч- 6 o ) совмещением выхода остаточной части летучих с началом горения кокса. Выход летучих при горении определя.пся по диаграмме уменьшения веса частицы во времени. На рис. 4 представлено изменение температуры центра частицы при горении ее в потоке воздуха. Кривые изменения температуры центра частицы при горении кокса, полученного при разделении стадий процесса (выход летучих в азоте и последующим горением кокса в воздухе) (рис. 5), и кокса, образующегося при выгорании летучих (см. рис. 4), имеют идентичный [c.91]

    Относительное время видимого горения летучих в потоке воздуха составляет 30 -ь- 50 от общего времени процесса. Величина относительного времени возрастает за счет снижения времени горения коксового остатка при увеличении температуры. [c.92]

    Образование поверхностной коксовой пленки у спекающихся углей при нагреве высокотемпературным тепловым ударом влияет и на последовательность горения летучих и твердого остатка при сжигании мелкозернистого топлива, а прорыв этой пленки газами и парами слюлы при высоких температурах является одной из причин сажеобразования и неравномерности пыле-угольного факела. [c.151]

    В работе [Л. 1] было показано, что горение частиц антрацита, кокса газового угля и электродного угля, в указанных выше диапазонах изменения концентрации кислорода, давления, температуры печи и размера частиц протекает в диффузионной области. Основные закономерности горения частиц донецкого газового угля (Уг = 41,4%) имеют такой же вид, как и для углей, бедных летучими. Сравнение скоростей горения частиц газового угля и кокса этого угля (рис. 1) показывает, что частицы угля горят примерно в 2 раза быстрее частиц кокса, что объясняется более быстрым горением летучих и разбуханием частиц. [c.261]

    Основными факторами, от которых зависит количество горючих в образующихся золовых остатках в промышленных агрегатах, являются температура в топочной камере, время пребывания частиц топлива в топке, размеры частиц, концентрация окислителя и аэродинамика топки. Направляемая в топку смесь сланцевой пыли с воздухом быстро воспламеняется (рис. 4-10). В результате бурного горения летучих вблизи горелки образуется высокотемпературная зона, которая способствует дальнейшему развитию процесса горения. Так, например, из рис. 4-10 вытекает, что температура факела иа расстоянии 0,8— 1,0 м от устья горелки равна 1000—1200°С. Время, необходимое для воспламенения и выгорания летучих, в промышленных топках не превышает 0,10—0,15 с. При пылевидном сжигании эстонских сланцев в топке парогенератора ТП-17 время пребывания частичек топлива в топочном объеме при полной нагрузке агрегата равно примерно 4,5 с (без учета застойных и циркуляционных зон), а при нагрузке 50% от номинальной —около 6 с. Время пребывания в топочном пространстве тех частиц, которые сепарируются из основного потока и выпадают в топке, меньше. [c.79]

    Пз сравнения (1.25) и (1.26) ясно, что горение летучих уменьшает удельную скорость горения частицы угля. По мере выгорания летучих это торможение скорости горения угля уменьшается. Влияние выхода летучих на процесс горения угольной частицы наблюдалось в опытах Кацнельсона [134] по исследованию горения под давлением 1, 3 и 5 ата угольной пыли и отдельных частиц печорского каменного угля и его кокса, а также электродного угля. Процесс горения частиц и пыли изучался методом непосредственного взвешивания недожога за определенный промежуток времени. Из опытов было установлено, что удельная скорость горения кокса, а также электродного угля возрастает с увеличением давления (при одинаковом диаметре частиц и одинаковой температуре), а для угля, наоборот, уменьшается (см. рис. 25). [c.244]

    ОТ горения летучих. Этот след получается при 900°С. При низкой температуре воспламенение, по-видимому, происходит на поверхности частицы, а при высокой распространяется от поверхности в окружаю-га ую среду. [c.269]

    Горение угольной пыли в камерной топке протекает в неизотермической запыленной газовой струе, распространяющейся в среде высокотемпературных топочных газов. В зависимости от способа подачи вторичного воздуха запыленная струя распространяется либо непосредственно в топочной среде, либо вместе с окружающим ее потоком вторичного воздуха. В этом параграфе рассматривается более простой случай горения в пылевоздушной струе, распространяющейся в топочном пространстве при отсутствии потока вторичного воздуха, при следующих условиях и предположениях пылевоздушная струя истекает из щелевой горелки прямоугольного сечения. Поэтому можно считать, что имеется плоскопараллельная струя, и рассматриваемую задачу свести к двумерной. Во избежание осложнения задачи рассмотрением процесса воспламенения и горения летучих в качестве топлива принята пыль АШ. При этом для исключения взаимного влияния частиц различных размеров рассматривается монодисперсная пыль. Температура и скорость пылевых частиц и газа в соответствующих точках струи совпадают. Химическое реагирование существенно не влияет на распределение скоростей и концентраций, и поэтому на факел можно распространить закономерности неизотермической, запыленной турбулентной струи. [c.360]


    Скорость горзния II равновесная температура горения для некоторых летучих взрывчатых веществ [c.33]

    Приведены результаты экспериментального исследования процесса горения крупных частиц сланца-кукерсита. Применен метод непрерывного взвешивания в широком диапазоне температур и геометрических размеров частиц. Показано, что время выделения летучих веществ при горении ли.читируется интенсивностью кондуктивного теплопереноса к фронту разложения керогена в частице. Исследовано влияние температуры, геометрических размеров и содержания керогена в сланце на время выделения летучих веществ. Установлена стадийность горения летучих веществ и коксового остатка. Время видимого горения летучих веществ практически не зависит от температуры печи. Диссоциация карбонатов минеральной массы оказывает сильное отрицательное влияние на процесс горения коксового остатка. [c.156]

    Понятно, что встречный по ходу воздушного потока приток тепла должен значительно ослаблять схему зажигания по сравнению со встречной схемой питания, однако в противовес этому в данном случае имеет место более чистое первичное смесеобразование и горючая смесь, возникающая в таких условиях, должна обладать большей теплотворной способностью и большей степенью горючести. Этому же обстоятельству при условии, что топливо обладает достаточным количеством высокотеплоценных летучих, должна способствовать стабилизация зоны высоких температур (зона внут-рислоевого горения летучих), обеспечивающая высокие температурные градиенты внутри слоя. Исходя из всех этих качественных соображений, мы вправе ожидать, что и в рассматриваемой схеме фронт воопламенения образующейся газо-воздушной см-еси при стабилизированном процессе будет возникать своевременно внутри самого слоя, т. е. действительно явится зачинателем горения, но, повидимому, несколько сдвинется в сторону повышенных температур. [c.243]

    Тепловыделение при гомогенной реакции горения летучих может в зависимости от вида топлива меняться в широких пределах. На рис. 5 показана доля тепловыделения летучих в общей теплоте сгорания углей Донецкого бассейна как функция выхода летучих. Можно видеть, что, например, для газовых и длиннопламенных углей эта доля достигает почти 407о, Для бурых углей, торфа, горючих сланцев еще выше, а для антрацитов едва достигает 5%- В соответствии с этим приходится рассматривать две различные формы воспламенения частицы натурального топлива. При большом выходе летучих тепловыделение от сгорания их повышает температуру частицы настолько, что обеспечивает и воспламенение коксового остатка. В этом случае [c.23]

    В зави10и м0сти от размера, относительной ск0 р01ст1и и температуры частиц горение летучих веществ и ок-са может протекать последовательно или параллельно с некоторым наложением стадий горения друг на. друга. При горении пылевидных частиц топлива горение летучих и кокса практ(ически всегда протекает последовательно. [c.43]

    Используя метод скоростной ииносъемки, (В. И. Бабий и И. П. Иванова [Л. 59] исследовали воспламенение и горение мелких частиц (диаметром 0,1 —1,0 мм) натурального топлива в практически неподвижной среде с содержанием кислорода б—2Г% в интервале температур 900— 1600 К и установили, что выгорание частиц топлива, богатых летучими,, проходит через четыре следующие друг за другом стадии прогрев частицы до воспламенения, горение летучих в объеме, прогрев ко сового-остатка до его устойчивого воопламенения и выгорание кокса. (При горении частиц тощего угля и антрацита горение летучих в объеме не на-блюдается, а имеет место лишь стадия воспламенения и выгорания.[c.43]

    Для исследования эффективного времени сгорания летучих эстонских сланцев в лабораторной установке Таллинского политехнического института [Л. 62] сжигалась полифракционная сланцевая пыль, имеющая следующую характеристику И р== =0,92%, ЛР==12,44%, (С02)Рк=3,35%, С Ря=29,68 МДж/кг, 7г50=65,29 А, 65=35,12%, J lou=4,3%, 25о==0,09%. Опыты проводились в пределах коэффициента избытка воздуха а=1,05—1,50 и средних температур в реакционной трубе (в зоне горения летучих) Г=998—1253 К [Л. 62]. [c.45]

    Нагревание пыли, газообразование и воспламенение газов возможны лишь в нагретой топочной или, точнее, в зажигательной камере. В холодной печн с несколькими горелками, особенно при высоком содержании летучих в угле, достаточно для начала горения подержать зажженные промасленные концы в течение 4—6 мин. на пути пылевоздушной смеси. Во многих случаях для воспламенения нужен костер из дров, факел газа илн жидкого топлива. Когда печь разогрета, при сгорании выделяющихся из угля газов поддерживается высокая температура, необходимая для быстрого воспламенения пыли. В то время как процесс воспламенения и горения летучих составляющих благодаря диффузии газов протекает быстро, воспламенение и сгорание частичек кокса происходит сравнительно медленно. Как только смесь воздуха и угольных частичек поступает в нагретое топочное пространство, она воспринимает тепло излучения топки. Это тепло быстро поглощается угольными частицами. Чем меньше воздуха смешано с угольной пылью, тем меньше тепла отнимается от нагретых угольных частиц и тем скорее они воспламеняются. Поэтому для быстрейшего воспламенения пыли в охлажденной печи целесообразно вдувать с ней только часть необходимого для горения воздуха остальную часть воздуха можно добавить в печь уже после воспламенения. Исследование показало, что с угольной пылью следует вдувать около 40% воздуха, необходимого для горения. [c.129]

    Газофазная теория. Наиболее простым подходом к построению газофазной теории является подход Зельдовича [43], который основан на механизме горения летучих ВВ [5], имеющих четко выраженную температуру газификации, равную температуре кипения. В этой теории принимается, что за счет энергии источника тепла происходит прогрев вещества до температуры газификации. Начиная с этого момента, вещество газифицируется, и основная реакция, приводящая к воспламенению, протекает в газовой фазе на некотором расстоянии от поверхности. Необходимым условием воспламенения является создание в конденсированной фазе прогретого слоя, глубина которого должна быть такой, чтобы обеспе-тать необходимый критический градиент температуры у поверхности [теория Зельдовича вкратце нами уже рассматривалась при выводе условий поджигания стенок поры ( 14)]. В ней не учитывается тепловыделение в конденсированной фазе, а также гидродинамическая картина в окружающей среде. Однако теория рассматривает вопрос перехода от воспламенения к устойчивому горению. Представления Зельдовича в дальнейшем развивались в работе [102]. В настоящее время делаются попытки усовершенствовать данную модель (применительно к смесевым порохам) с учетом, например, процессов диффузии окислителя и горючего.[c.112]

    В выполненной А. Ф. Беляевым экспериментальной работе по исследованию горения летучих взрывчатых веществ впервые было установлено, что вещество вначале нагревается до температуры кипения, затем испаряется основная химическая реакция протекает в узкой зоне над поверхностью вещества [3]. Механизм горения взрывчатых веществ А. Ф. Беляева в дальнейшем математически описал Я- Б. Зельдович, использовав теорию распространения пламени в газах. Поскольку основной компонент пороха (нитроклетчатка) нелетуч. Я- Б. Зельдовичем при распространении теории горения на горение баллиститного пороха была выдвинута гипотеза о газификации пороха. Под газификацией понималось эндотермическое превращение пороха в газообразные продукты, pea-, гирующие затем между собой с выделением тепла. [c.269]

    Интенсивная догазовка коксозольного остатка при низких температурах в слое (при степени пиролиза 70—75%) сопровождается, очевидно, горением летучих. Суммарное количество разложенного водяного пара при этом оказывается Oтpицateльным или равным нулю водород, образовавшийся в результате реакций водяного газа в верхней части камеры, сжигается в зоне догазовки или в газосборном канале. При достаточно высокой температуре в слое и высокой степени пиролиза процесс газификации интенсифицируется, количество разложенного водяного пара резко возрастает (рис. 4, кривая 4). [c.99]

    На рис. 64а показан ход изменения температуры частицы пылевидного топлива крупностью от 60 до 80 меш в процессе воспламенения и горения в печи при температуре — 950° С. Первый максимум ( 1800° С) соответствует горению летучих. Минимум (—1500° С) объясняется торможением диффузии кислорода, потребляемого на горение летучих. После выгорания летучих и проникновения кислорода к поверхности угольной частицы наступает второй максимум. Далее температура частицы медленно падает, причем скорость горения определяется в основном скоростью диффузии, и только в конце кривой происходит более быстрое падение температуры ввпду торможения скоростью реакции при г= 1400°С. [c.269]

    Повышение температуры частицы происходит в первый момент от сгорания выделяющихся летучих, а затем ужо от разогрева самой частицы, т. е. ео твердого коксового ядра. В начальной стадии горение кокса тесно связано с выделением и горением летучих в виде газовой оболочгсн, нрепятствующзй доступу кислорода к углероду (см. гл. У111, стр. 244). [c.276]

    Хотя горение летучих и способствует воспламенению кокса, однако оно не всегда является началом горения кокса. Для твердого топлива характерно два процесса воспламенешш и две соответствующие им температуры температура самовоспламенения летучих и температура воспламенения кокса. При этом под температурой воспламенения кокса [c.84]

    В камере полукоксовапия топливо подвергается собственно процессу полукоксования. В качестве теплоносителя используется смесь охлаждающего газа с дымовыми газами, получающимися в топке камеры полукоксования при горении части обратного газа. Температура горения газа 1300—1500°. Дымовые газы пз топки поступают в смесительную камеру. Сюда же циркуляционным вентилятором нагнетается газ охлаждения с температурой 350—400° через так называемый холодный ряд каналов (чугунных колосников), находящихся между зоной полукоксования и зоной охлаждения. Смесь газов в камере смешения приобретает заданную температуру в зависимости от цели термической переработки топлива. Если в печи ведут процесс обычного полукоксования топлива, то применяют газ-теплоноситель с температурой перегрева 550—600°. Если задачей полукоксовапия топлива становится получение полукокса, дающего небольшой выход летучих веществ, т. е. пригодного для производства водяного газа, то температура теплоносителя должна быть доведена до 800°. [c.42]

    Несмотря на многочисленность проведенных работ, покайет единого мнения в понимании сущности целого ряда физических и химических явлений, слагающих сложный процесс горения пылеугольного факела, в частности а) о величине реагирующей поверхности и глубине аоиы реагирования угольных частиц разных размеров, горящих в факеле (с этим непосредственно связан вопрос о режимной области процесса и роли температуры и факторов переноса окислителя на различных стадиях горения факела) б) о взаимосвязи и стадийности выделения и горения летучей и коксовой частей мелких угольных частиц в факеле, а также наложении этих процессов при горении поли-фракционного топлива в) о величине кинетических констант выделения и горения летучих и коксового остатка мелких частиц натуральных углей в факеле г) об изменениях физического строения и размеров воспламеняющихся мелких частиц разных марок углей в результате теплового удара в топке или камере сгорания д) о первичных и вторичных реакциях горения летучих и кокса с окислителем е) о последовательности элементарных актов, составляющих реакцию горения и т. д. [c.119]

    При постановке экспериментов с высокими и сверхвысокими скоростями горения, соответствуюпдими горению пылевзвеси в реальных условиях, следует прежде всего стремиться избавиться от неизотермичности процесса и резкого возрастания температуры частицы и взвеси в целом. Рост температуры пылевзвеси и кая дой частицы в отдельности происходит при восиламепенни угля. В этот период происходит выделение и горение летучих, вспучивание частиц, образование сажи и мелких осколков кокса. При воспламенении формируется пористая структура коксового остатка, отличная от структуры угля и кокса медленного нагрева. [c.128]

    Твердое топливо. Наиболее распространенным является твердый вид топлива. Требования, предъявляемые к топливу, применяемому в цементной промышленности, характеризуются теплотворной способностью, содержанием в нем летучих и золы. Температура факела горения не менее 1550° процессы клинкерообразования завершаются при температуре 1450°. Температура горения зависит от теплотворной способности топливной смеси, поэтому при ее составлении необходимо, чтобы теплотворная способность топлива равнялась 5000—6000 ккал1кг, а количество летучих горючих — 18—24%. [c.186]


Удельная теплота сгорания дров, теплотворная способность, температура горения


Теплотворная способность дров зависит от породы деревьев и их влажности
Дровами мы называем кусочки древесины, используемые в реакциях быстрого окисления кислородом воздуха для получения света и тепла. Огонь разжигаем просто на земле, выехав на пикник. Или в специальных устройствах – мангалах, очагах, котлах, печах, такырах или других.

Дрова бывают разнообразные, количество тепла, полученного от их сжигания, разделенное на массу (объём), называется удельная теплота сгорания печного топлива. Теплотворная способность дров зависит от породы деревьев и их влажности. К тому же полнота сгорания и коэффициент использования энергии горения зависит и от других факторов. Разные печи, сила тяги, устройство дымохода – всё влияет на результат.

Сущность физического параметра

Энергия измеряется в «джоулях» – количеству работы по перемещению на 1 метр при приложении силы в 1 ньютон в направлении приложения. Или в «калориях» – количестве тепла, нужном для нагрева 1 г воды на 1 ˚С при давлении в 760 мм ртутного столба. Международная калория соответствует 4,1868 Джоуля.

Удельная теплоемкость топлива – количество тепла, получаемого при полном сгорании, разделенное на массу или объем топлива.

Величина непостоянная, так как дрова могут сильно различаться, соответственно, варьирует и этот параметр. В лаборатории удельная теплота измеряется сжиганием в специальных устройствах. Результат верен для конкретного образца, но только для него.

Полная удельная теплота печного топлива измеряется с одновременным охлаждением продуктов горения и конденсацией испаренной воды – чтобы учесть ВСЁ количество полученной энергии.

На практике чаще пользуются рабочая, а не удельная теплота сгорания, без учета всей полученной энергии.

Создание оптимальных условий для горения

По причине высокой температуры все внутренние элементы печи выполняются из специального огнеупорного кирпича. Для их укладки применяют огнеупорную глину. При создании специальных условий вполне можно получить в печи температуру, превышающую 2000 градусов. У каждого вида угля существует свой показатель точки воспламенения. После достижения этого показателя важно поддерживать температуру воспламенения, непрерывно подавая в топку избыточное количество кислорода.

Среди недостатков данного процесса выделим потерю тепла, ведь часть выделяемой энергии будет уходить через трубу. Это приводит к понижению температуры топки. В ходе экспериментальных исследований ученым удалось установить для различных видов топлива оптимальный избыточный объем кислорода. Благодаря выбору избытка воздуха, можно рассчитывать на полное сгорание топлива. В итоге можно рассчитывать на минимальные потери тепловой энергии.

Сущность процесса горения

Если нагревать древесину, то при 120–150 ˚С она становится темного цвета. Это медленное обугливание, превращение в древесный уголь. Доведя температуру до 350–350 ˚С, увидим термическое разложение, почернение с выделением белого или бурого дыма. Нагревая дальше, выделяемые пиролизные газы (СО и летучие углеводороды) загорятся, превратившись в языки пламени. Прогорев какое-то время, количество летучих веществ снизится, и угольки будут продолжать гореть, но уже без пламени. На практике для поджигания и поддержания горения древесина должно разогреться до 450–650 ˚С.

Процесс горения дров

В дальнейшем температура горения печного топлива в топке составляет от приблизительно 500 ˚С (тополь) до 1000 и выше (ясень, бук). Эта величина сильно зависит от тяги, конструкции печи и многих других факторов.


Цвет древесины при горении может изменяться в зависимости от температуры

Особенности печи, работающей на угле

Подобное устройство имеет конструктивные особенности, предполагает проведение реакции пиролиза угля. Древесный уголь не относится к полезным ископаемым, он стал продуктом человеческой деятельности.

Температура горения угля составляет 900 градусов, что сопровождается выделением достаточного количества тепловой энергии. Какова технология создания такого удивительного продукта? Суть заключается в определенной обработке древесины, благодаря чему происходит существенное изменение ее структуры, выделение из нее избыточной влаги. Осуществляется подобный процесс в специальных печах. Принцип действия таких устройств базируется на процессе пиролиза. Печь для получения древесного угля состоит из четырех базовых компонентов:

  • камеры сгорания;
  • укрепленного основания;
  • дымохода;
  • отсека вторичной переработки.


Зависимость от влажности

Чем выше влажность, тем хуже горение, ниже КПД печи, сложнее зажечь и поддержать огонь. И меньше теплотворная способность дров.


Показатели теплотворной способности (количество теплоты, выделившееся при полном сгорании 1 кг дров в зависимости от влажности) [ads-mob-1][ads-pc-1]

Снижается и удельная теплота печного топлива, и коэффициент её использования. Причины следующие.

  1. Вода в составе снижает количество топлива как такового: при влажности 50% в дровах воды – половина. И гореть она не будет…
  2. Часть энергии печного топлива потратится на нагрев и испарение влаги.
  3. Мокрая древесина лучше проводит тепло, что мешает прогреть поджигаемую часть полена до температуры возгорания.

Свежесрубленная древесина разнится по влажности в зависимости от времени рубки, породы дерева, места произрастания, но в среднем воды в ней около 50%.

Поэтому её и складывают в поленницы под навесом. За время хранения часть влаги испарится. При снижении влажности с 50 до 20% увеличивается удельная теплота сгорания печного топлива приблизительно вдвое.

Применение древесного угля

При соблюдении технологической цепочки получается отличный материал, использовать который можно для полноценного обогрева жилых помещений во время зимнего отопительного сезона. Безусловно, температура горения каменного угля будет выше, но не во всех регионах такое топливо доступно по цене.

Горение древесного угля начинается при температуре 1250 градусов. Например, плавильная печь работает именно на древесном угле. То пламя, которое образуется при подаче в печь воздуха, с легкостью расплавляет металл.

Зависимость от плотности

Как ни странно, но состав деревьев разных пород похож: 35–46% целлюлозы, 20–28% лигнина + эфиры, смолы, другие вещества. А разница в теплоте сгорания печного топлива обусловлена пористостью, то есть тем, сколько места занимают пустоты. Соответственно, чем плотнее дерево, тем больше теплотворность дров из него. Качественные топливные пеллеты, получаемые просушкой и прессованием древесных отходов имеют плотность 1,1 кг/дм3, то есть выше плотности воды. В которой тонут.


Показатели плотности древесины при влажности 12%

Варианты угля

Температура горения древесного угля значительно выше, поэтому данный вариант топлива является отличной альтернативой для обычных дров. Отметим и прекрасный показатель теплоотдачи, продолжительность процесса горения, незначительный расход топлива. Существует несколько разновидностей угля, связанных со спецификой добычи, а также глубиной залегания в земных недрах: каменный, бурый, антрацит.

У каждого из указанных вариантов есть свои отличительные качества и характеристики, которые позволяют использовать его в твердотопливных котлах. Температура горения угля в печи будет минимальной при использовании бурого, так как в его составе содержится достаточно большое количество разнообразных примесей. Что касается показателей теплоотдачи, то их величина аналогична древесине. Химическая реакция горения является экзотермической, теплота сгорания угля имеет высокий показатель.

У каменного угля температура воспламенения достигает 400 градусов. Причем теплота сгорания угля данного вида довольно высока, поэтому данный вид топлива широко используют для обогрева жилых помещений.

Максимальная эффективность у антрацита. Среди недостатков такого топлива выделим его высокую стоимость. Температура горения угля данного вида достигает 2250 градусов. Подобного показателя нет ни у одного твердого топлива, добываемого из земных недр.

Хозяйственные особенности различных дров


Ниже всего температура при сгорании дров из тополя
Имеет значение форма: чем мельче поленья, тем легче загораются и быстрее сгорают. Понятно, длина зависит и от конструкции: в печи или камине слишком длинные нельзя расположить, концы выпирают наружу. Слишком короткие – лишний труд при распиле или рубке. Температура горения дров зависит от размера влажности, породы дерева, количества подведенного воздуха. Ниже всего температура при сгорании дров из тополя, выше при горении твердых пород: ясеня, горного клена, дуба.

О значении влажности писалось выше. От нее и сильно зависят не только теплоотдача топлива в печи, но и трудозатраты на раскол или распиливание. Легче колется и пилится влажная, свежесрубленная древесина. Впрочем, слишком влажная вязкая, от этого колется плохо. Комлевая часть плотнее, а выкорчеванные пни, участки возле сучков обладают повышенной крепостью. Там слои дерева переплетаются, от этого намного прочнее. Дуб хорошо раскалывается в продольном направлении, что издревле используют бондари. Получение гонты, дранки, колка дров имеет свои секреты.


Еловые дрова

Ель – «стреляющая» порода, оттого нежелательная для использования в каминах или кострах. При нагреве внутренние «пузыри» со смолой вскипают и отбрасывают горящие частицы довольно далеко, что опасно: легко прожечь одежду возле костра. Или может привести к возгоранию возле камина. В закрытой топке печи это неважно. Береза даёт жаркое пламя, это отличные дрова. Но при плохой тяге у неё образуется много смолистых веществ (раньше делали берёзовый деготь), много откладывается сажи. Ольха и осина, напротив, дает мало сажи. Именно из осины, в основном, делают спички.

На практике удобно свежесрубленные дрова сразу распилить и расколоть. Потом сложить под навесами, делая поленницы так, чтобы воздух проходил, просушивая топливо и увеличивая теплоотдачу. Колка дров – трудоемкое занятие, поэтому покупая, обращайте на это внимание. А еще на то, сложенные или насыпью дрова вам привезут.

Во втором случае печное топливо размещается в кузове «рыхлее», и клиент платит частично за воздух. К тому же используемое для обогрева жидкое или газообразное топливо имеет плюс: легко автоматизировать подачу. Дрова требуют много ручной работы. Это всё стоит учитывать при выборе печи или котла для жилища. [ads-pc-2][ads-mob-2]

Виды топлива

Человеку очень нужно тепло для всех процессов жизнедеятельности: например, для обогрева жилища, готовки, плавления металлов и получения других видов энергии. Чтобы получать тепло и свет, человек использует топливо. Когда люди впервые добыли огонь, без топлива тоже не обошлось — им послужила древесина.
Топливо — это любое вещество, выделяющее энергию в ходе определенных процессов.

Существует четыре группы видов топлива:

  • твердое топливо,
  • жидкое топливо,
  • газообразное топливо,
  • ядерное топливо.

К твердому топливу относятся:

  • древесина,
  • горючие сланцы,
  • уголь,
  • торф.

Ископаемые твердые виды топлива, кроме сланцев, являются продуктом разложения органической массы растений. Торф — самый молодой из них, он представляет собой плотную массу, которая образовалась из перегнивших болотных растений. Уже не такие молодые (скажем, средних лет

Антрацитовый штыб — Энциклопедия по машиностроению XXL

Ископаемые угли и горючие сланцы классифицируют также по крупности, если их путем грохочения разделяют на классы плита (>100 мм), крупный (50—100 мм), орех (25—50 мм), мелкий (13—25 мм), семечко (6—13 мм), штыб (Энергетические топлива чаще всего грохочению не подвергают и направляют к потребителям в виде так называемого рядового угля, размер кусков которого не должен превышать 300 мм (например, БР — бурый рядовой). Распространенным энергетическим топливом является АШ, мало пригодный для других целей.  [c.136]
Шаровые барабанные мельницы изготовляются на производительность от 1,1 до 20 1кг/с (от 4 до 70 т/ч), если считать по размолу антрацитового штыба они позволяют получать тонко размолотое топливо, надежны в эксплуатации, но имеют большие габариты, массу и требуют значительных капиталовложений.[c.326] Антрацитовый штыб — Продукты горения — Расчёт объёма 13 — 2  [c.13]

Число горелок не менее трёх. По ширине топки оси их должны отстоять от стен не менее чем на 1,5 м, а по высоте не менее чем на 1,5—2,5 м выше начала холодной воронки. Высота топочной камеры от оси горелок принимается не менее 7 м для углей с большим выходом летучих, 10—11 м для углей с малым выходом летучих и м для антрацитового штыба. Для котлоагрегатов малой мощности, оборудованных шахтными мельницами, эти размеры могут быть несколько уменьшены.  [c.6]

В зависимости от сорта сжигаемого топлива изменяется тип топочного устройства. Для сжигания каменных углей, антрацитового штыба и тощих углей установлены турбулентные горелки, а для бурых углей, фрезерного торфа и сланцев — две молотковые мельницы с амбразурами. Растопка котлов предусмотрена на мазуте.  [c.20]

Типы горелок Антрацитовый штыб Тощие угли 1 Каменные и бурые угли  [c. 90]

Для улучшения горения пыли антрацитового штыба устанавливают зажигательные пояса на экранных трубах в топке и в холодной воронке, осуществляют транспорт пыли к горелкам горячим воздухом, а также сброс мельничного воздуха через сонла, находящиеся на расстоянии 1,5—2,5 м от оси горелок. Сопла сброса компонуют так, чтобы оси их были направлены тангенциально к диаметру воображаемой окружности в топке около 1200 мм.  [c.91]

Для сжигания топлив с малым выходом летучих (антрацитовый штыб, тощие угли) турбулентные горелки ТКЗ-ЦВ ТИ с целью раскрытия потоков по выходе их из горелки оборудуются съемной насадкой в форме диффузора мазутная форсунка отсутствует (рис. 6-2). Угол конуса в амбразуре принимают в пределах 70—80°.  [c.92]


С проблемой наружной коррозии экранов особенно часто приходится сталкиваться при сжигании антрацитового штыба — АШ. Вследствие низкой реакционной способности этого топлива происходит затягивание процесса его воспламенения и горения. Часто имеет место на-брос факела на экраны топочной камеры. В пристенной области образуется восстановительная атмосфера. Положение усугубляется при неравномерной раздаче пыли  [c.35]

Газовый анализ продуктов сгорания антрацитового штыба (см. пример 16.1) обиа ружил 1 % СО. Оценить приблизительно. химический недожог (имейте в виду, что все газоанализаторы, яают содержание компоном-тон в су.хом газе).  [c.145]

Ежегодно в мире в результате сжигания органических топлив в атмосферу выбрасывается до 100 млн. т золы и около 150 млн. т сернистого ангидрида. Из топки одного только парового котла производительностью 950т/ч при сжигании антрацитового штыба в атмосферу поступает до 60 т оксидов азота в сутки. При взаимодействии с атмосферной влагой эти оксиды образуют кислоты, выпадающие в районе высокой концентрации промышленных предприятий даже в виде кислотных дождей .  [c.164]

При выборе типа мельницы для размола топлива до требуемого значения тонины помола необходимо знать, как (хорошо или плохо) размельчается данное топливо, т. е. коэффициент размолоспо-собности топлива. Этот коэффициент Кло представляет собой отношение расхода электроэнергии на размол 1 т антрацитового штыба из Донецкого бассейна к такой же величине расхода электроэнергии на 1 т для данного топлива. Топливо должно быть в воздушно-сухом состоянии и измельчаться от одинаковой с АШ начальной крупности до одной и той же тонкости помола. Величина коэффициента зависит от состава топлива, его золы, наличия в топливе колчедана и ряда других факторов. Значения Кло приводятся В справочниках, нзпример [iJI. 12, 13] и табл. 1-3.  [c.140]

В Донбассе при добыче антрацита в течение многих десятилетий скапливались в отходах мелкие фракции угля. Считалось, что антрацитовый штыб, имеющий мало летучих, непригоден для использования на ТЭС. Советские энергетики успешно решили проблему сжигания антрацитового штыба на крупных тепловых электростанциях Донбасса. Штеровская ГРЭС, введенная в эксплуатацию в 1926 г., первой в мире освоила сжигание штыба из отвалов шахт, добывающих антрацит. Накопленный опыт на Штеровской ГРЭС позволил на этой топливной базе создать ряд крупных тепловых электростанций — Зуевскую, Шахтинскую и др. На Зуевской ГРЭС антрацитовый штыб, размолотый в мощных шаровых мельницах, сжигался в топках котлов паропроизводительностью 120 т/ч. Зуевская ГРЭС в 1940 г. имела мощность 350 МВт. Успехи советских теплоэнергетиков в решении проблемы освоения новых марок топлив на ТЭС видны из данных о к. п. д. котельных агрегатов, использующих различные виды твердого топлива (табл. 2-5).  [c.49]

На юге страны быстро развивалась Донбасская энергетическая ситема, охватывающая энергоснабжением богатейший угольно-металлургический комплекс. В плане ГОЭЛРО предусматривалось внеочередное сооружение Штеровской тепловой электростанции, введенной в эксплуатацию в 1926 г. Штеровская ГРЭС работала на местном топливе — антрацитовом штыбе. Самой крупной электростанцией Донбасской электросистемы была Зуевская ГРЭС, расположенная в центре системы, оборудованная крупными турбоагрегатами мощностью по 60 МВт и одним агрегатом 100 МВт.[c.61]

Советские энергетики успешно решили проблему сжигания антрацитового штыба на крупных тепловых электростанциях Донбасса. Штеровская ГРЭС, введенная в эксплуатацию в 1926 г., первой в мире освоила сжигание штыбов из отвалов шахт, добывающих антрацит. Опыт ШтероБСКОЙ ГРЭС позволил на этой топливной базе создать ряд крупных тепловых электростанций — Зуевской и пр.  [c.108]

Длительные испытания труб с различными диффузионными покрытиями — борирование, алитирование и хромоалитирова-ние — показали, что они не вызывают повышения коррозионной стойкости труб из стали 12Х1МФ при эксплуатации в нижней радиационной части и в пароперегревателе парогенераторов. Указанный результат получен в парогенераторах с различными видами топлива сернистый мазут, антрацитовый штыб и эстонский сланец.  [c.245]

Радиационные поверхности топки обычно изготовляются гладкотрубными. Для обеспечения воспламенения пыли антрацитового штыба и некоторых сортов трудновоспламеняющихся тощих углей, высоковлажного фрезерного торфа и бурых углей участки экранов выполняют ошипованными для нанесения на них хромитовой массы,  [c. 20]


Котел БП-50-40 для сжигания антрацитового штыба и тощих углей и котел К-50-40 для сжигания каменного угля в конструктивном отношении аналогичны котлу Б-50-40. Однако объем топочной камеры котла БП-50-40 увеличен до 237,7 м , а расчетное энерговыделение топочного объема уменьшено до 170 квт/м . В этом котле суммарная величина лучевоснринимающей поверхности тонки заметно уменьшена и составляет = 106,7 м . В зоне пылеугольных горелок размещен зажигательный пояс. Верхняя отметка участка шинования экранных труб составляет 9500 мм. При расходе донецкого тощего угля 5р = 1,5 кг/сек температура уходящих газов iy,, = 127° С. Расчетный коэффициент полезного действия котла т],,. а = 91,3%.  [c.24]

При факельном сжигании топлив под котлами средней производительности применяется подогрев воздуха от 200 до 400° С. Большие температуры выбираются при камерном сжигании топлив с малым выходом летучих (антрацитового штыба, тощего угля), низкосортных забалластированных топлив (волжских сланцев), фрезерного торфа, многовлажных углей с приведенной влажностью более 1,9, а также высокозольных углей с 40%, при невысоких температурах воздуха в котлах средней производительности сжигают газ и мазут.[c.157]

По условиям золового износа трубчатых воздухоподогревателей, наивыгоднейшие скорости газов составляют 10—12 м1сек (нижние стунени) и 12—14 м сек (верхние ступени). Меньшие значения скорости газов выбирают при камерном сжигании антрацитового штыба и бурых углей типа подмосковных большие значения рекомендуются при слоевом сжигании, камерном сжигании тощих донецких углей, природного газа и жидкогО топлива.  [c.158]


Антрацит — Энергетическое образование

Рисунок 1. Кусок антрацитового угля. [1]

Уголь — горная порода, состоящая почти из чистого углерода. Уголь разных месторождений имеет различный состав, поэтому уголь классифицируется по разным категориям Антрацит относится к категории темно-черных форм угля и высшего сорта. Он очень твердый, имеет низкое содержание влаги и содержание углерода почти 95%. [2] [3] Кроме того, антрацит обычно является старейшим типом угля, образовавшимся из биомассы, захороненной 350 миллионов лет назад.

Формирование антрацита не только занимает много времени, но и требует очень высоких температур. Температуры, необходимые для разработки антрацитовых углей, возможны только на границах горных поясов. Эти регионы подходят, потому что в процессе строительства горы пласты скалы выталкиваются на слои, где формируется уголь. Это приводит к тому, что слои, содержащие уголь, продавливаются на глубину от 8 до 10 км, где температура может достигать 300°C. [4]

Использовать

Антрацит может использоваться в бытовых целях, прежде всего, как компонент древесно-угольных брикетов. [5] Кроме того, антрацит используется для отопления помещений, так как это один из самых чистых видов угля для сжигания, дающий меньше дыма, чем другие виды. Его чистое горение позволяет антрациту гореть дольше, чем древесине, что делает его привлекательным для использования в бытовых отопительных печах. [6] Наряду с чистотой и длительным горением антрацит используется потому, что он имеет очень высокую плотность энергии — 33 МДж/кг — самую высокую среди всех типов угля. [3] При сгорании антрацит может достигать очень высоких температур, что делает это топливо исключительным в плане быстрого нагрева, высвобождения огромного количества энергии и очень горячего горения. [4]

Для дальнейшего чтения

Каталожные номера

  1. ↑ Викисклад. (13 мая 2015 г.). Уголь антрацит [Онлайн]. Доступно: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Anthracite_Coal.JPG
  2. ↑ Дж. Краушаар, Р. Ристинен. (11 мая 2015 г.). Энергия и окружающая среда , 2-е изд. Хобокен, Нью-Джерси, США: John Wiley & Sons, 2006, стр. 50.
  3. 3.0 3.1 П. Бриз, Угольная генерация. Эльзевир Наука, 2015.
  4. 4.0 4.1 Стивен Маршак. (13 мая 2015 г.). Земля: портрет планеты, 3-е изд. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США: W.W. Нортон и компания, 2008 г.
  5. ↑ Канадская федерация наук о Земле. (11 мая 2015 г.). Четыре миллиарда лет и счет: геологическое наследие Канады , 1-е изд. Торонто, Онтарио, Канада: Nimbus Publishing, 2014 г.
  6. ↑ Венди Лайонс Саншайн. (13 мая 2015 г.). Уголь антрацит [Онлайн]. Доступно: http://energy.about.com/od/Coal/a/Anthracite-Coal.htm

границ | Влияние высокотемпературного теплового излучения на переходные характеристики окисления угля и самовозгорания

Введение

Хорошо известно, что существуют три основные формы теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение. Для угля, поскольку он является плохим проводником тепла, а пространство в выработанном пространстве угольной шахты относительно закрыто, тепло в основном передается окружающему углю в виде теплового излучения во время и после окисления и самовозгорания угля ( Вен и др., 2017; Ван и др., 2018 г.; Шао и др., 2021 г.; Сяо и др., 2021).

В настоящее время в области безопасности угольных шахт имеется относительно немного отчетов по исследованию характеристик теплового излучения методом высокотемпературного теплового излучения. Связанные исследования в основном сосредоточены на использовании конусного калориметра для изучения действия типичных ингибиторов неорганических солей (Guo et al., 2021; Lv et al., 2021; Mohalik et al., 2021; Xi et al., 2021). и проанализируйте горючие материалы с риском возгорания, такие как подземная опорная древесина и конвейерные ленты.Однако в качестве одного из ключевых факторов, инициирующих или способствующих окислению угля и самовозгоранию, имеется мало сообщений о влиянии высокотемпературного теплового излучения на характеристики трансформации окисления угля и самовозгорания (Wang L et al., 2019).

До или в процессе окисления угля и пожара самовозгорания в выработанном пространстве угольной шахты обычно возникают локальные точки высокой температуры. Эти высокотемпературные точки в основном излучают тепло в окружающий уголь за счет теплового излучения и воспламеняют уголь при определенных условиях, что приводит к возникновению шахтного пожара.Кроме того, эти высокотемпературные точки с большей вероятностью могут стать причиной высоко расположенных участков возгорания, что усложняет предотвращение и борьбу с горными пожарами. В связи с этим в данной работе используется метод высокотемпературного теплового излучения для изучения влияния высокотемпературного теплового излучения на характеристики превращения угля при окислении и самовозгорании (Pranda et al., 2001; Liu et al., 2020a).

Конусный калориметр широко используется для измерения времени до воспламенения (TTI), пиковой скорости тепловыделения (PHRR), общего тепловыделения (THR), пиковой скорости дымовыделения (PSPR), общего дымовыделения (TSR) материалов. (Чжан и др., 2004, Брохез, 2005; Чоу и Хан, 2011 г.; Претрел и др., 2014; Го и др., 2018 г.; Ван Д и др., 2019 г.; Ван и др., 2020b). Пиковая скорость производства монооксида углерода (PCOPR) и общее выделение монооксида углерода (COTY), пиковая скорость образования диоксида углерода (PCO 2 PR) и общее выделение диоксида углерода (CO 2 TY) также использовались для исследования горения. поведение материала (Wang L et al., 2019; Liu et al., 2020b; Shi et al., 2020; Shi et al. , 2021). Поэтому в этой работе влияние теплового излучения на переходные характеристики трех видов угля с различной тенденцией к самовозгоранию, таких как бурый уголь, битумит и антрацит, изучалось с использованием конусного калориметра, основанного на четырех различных интенсивностях теплового излучения.И, наконец, количественно выявлена ​​закономерность влияния высокотемпературного теплового излучения на процесс самовозгорания окисления угля.

Экспериментальный

Материалы

Бурый уголь (обозначенный как HM) был получен от Inner Монголии Pingzhuang Coal Mine Co. Ltd. Битумит (обозначенный как YM) был предоставлен Shanxi Zhongyang Coal Mine Co. Ltd. WYM) был приобретен у Jincheng Lanyan Coal Mime Co. Ltd. В таблицах 1 и 2 показаны данные промышленного и окончательного анализа образцов угля.

ТАБЛИЦА 1 . Данные промышленного анализа проб угля.

ТАБЛИЦА 2 . Данные окончательного анализа проб угля.

Приборы и измерения

Анализ состава трех видов проб угля выполнен на автоматическом промышленном анализаторе 5E-SDLA618 (Sande Instruments, Китай). Окончательный анализ проб угля выполняли с помощью элементного анализатора (Kaiyuan Instrument, Китай). Свойства горения образцов угля исследовали с помощью конусного калориметра (TESTech, Сучжоу, Китай) в соответствии с ISO 5660.Образцы размером 100×100×3 мм 3 облучали тепловым потоком 15, 25, 35 и 50 кВт·м −2 и помещали в алюминиевые фольги.

Все эти процедуры были выполнены три раза для каждого образца.

Результаты и обсуждение

Время до воспламенения

В таблице 3 представлены TTI образца угля. Как показано в таблице 3, TTI лигнита и битуминозного угля уменьшается по мере увеличения значения теплового излучения. Это показывает, что при относительно более высоком тепловом излучении степень окисления угля ускоряется, и уголь легче воспламеняется.

ТАБЛИЦА 3 . Соответствующие данные о тепловыделении образцов угля.

HM15, YM15 и WYM15 не всегда могут воспламениться при значении теплового излучения 15 кВт/м 2 . Однако было отмечено снижение значения TTI для HM50 на 45,9% по сравнению с HM25. TTI YM25, YM35 и YM50 составляет 101, 44 и 17 с соответственно. Установлено, что значение TTI битуминозного угля всегда ниже, чем у бурого угля при одинаковом значении теплового излучения. Например, TTI YM50 был значительно снижен на 74.2% по сравнению с HM50. Причина в том, что влажность лигнита значительно выше, чем у каменного угля (Yin et al., 2014). Время испарения воды из бурого угля больше, чем из битуминозного угля, что затрудняет возгорание бурого угля по сравнению с битуминозным углем (Yashwanth et al., 2016). Стоит отметить, что независимо от того, до какого значения теплового излучения увеличивается, антрацит не может воспламениться, что считается согласующимся со склонностью антрацита к самовозгоранию.

Тепловыделение

На рисунках 1–3 показаны кривые тепловыделения угля, а в таблице 3 приведены соответствующие данные.

РИСУНОК 1 . Кривые лигнита: (A) HRR, (B) THR и (C) угольного остатка.

РИСУНОК 2 . Кривые битумита: (A) HRR, (B) THR и (C) угольного остатка.

РИСУНОК 3 . Антрацитовые кривые: (A) HRR, (B) THR и (C) угольный остаток.

Как показано на рисунке 1A, PHRR бурого угля увеличивается по мере увеличения значений теплового излучения. В частности, при увеличении значения теплового излучения до 50 кВт/м 2 PHRR HM50 достигает 66 кВт/м 2 , что на 144,4% выше, чем у HM15. Это связано с увеличением величины теплового излучения, и чем выше температура нагрева угля, тем больше тепла он выделяет. PHRR YM15, YM25, YM35 и YM50 составляет 10, 35, 39 и 40 кВт/м 2 соответственно.Значение PHRR каменного угля увеличивается с увеличением значения теплового излучения. Кроме того, YM50 предлагает значительное улучшение PHRR на 300% по сравнению с YM15. PHRR антрацита увеличивается с увеличением значения теплового излучения, что является таким же, как у лигнита и битуминозного угля. Например, у WYM50 PHRR в 1,9 раза выше, чем у WYM25. Стоит отметить, что PRRR каменного угля и антрацита ниже, чем у бурого угля при одинаковом значении теплового излучения. Например, PHRR YM15 и WYM15 составляет 10 и 11 кВт/м 2 соответственно, что равно 63.0 и на 59,3% ниже, чем у HM15. Причина в том, что содержание углерода в битуминозном угле и антраците выше, чем в лигните, что приводит к более плотному углеродному слою при сгорании угля, который затем эффективно предотвращает выделение тепла. Кроме того, PHRR антрацита снижается по сравнению с битуминозным углем. Причина в том, что битуминозный уголь имеет более высокое содержание кислорода, чем антрацит, благодаря чему уголь горит более энергично и выделяет больше тепла (Riaza et al., 2014).

THR бурого угля увеличивается с увеличением значения теплового излучения.Например, значение THR для HM50 составляет 38,9 МДж/м 2 , что на 9,9% выше, чем у HM25. Значение THR битуминозного угля увеличивается с увеличением значения теплового излучения. Например, когда значение теплового излучения увеличивается до 35 кВт/м 2 , значение THR YM35 достигает 34,0 МДж/м 2 , что на 439,7% выше, чем у YM15. Значения THR WYM15, WYM25, WYM35 и WYM50 составляют 1,5, 19,4, 27,9 и 31,6 МДж/м 2 соответственно. В соответствии с лигнитом и битуминозным углем, THR антрацита также значительно увеличивается с увеличением значения теплового излучения.В соответствии с предыдущим случаем PHRR значение THR HM50 на 12,4 и 23,1% выше, чем у YM50 и WYM50, соответственно, при том же значении теплового излучения. Это еще раз подтверждает нашу гипотезу о том, что обугленные остатки каменного угля и антрацита более плотные, чем у бурого угля. Кроме того, было обнаружено, что значение THR битуминозного угля выше, чем у антрацита при том же значении теплового излучения. Например, YM35 имеет THR в 1,2 раза больше, чем WYM35. Это подтверждает нашу гипотезу о том, что битуминозный уголь имеет более высокое содержание кислорода, чем антрацит, что приводит к полному сгоранию битуминозного угля и большему производству тепла.

На рис. 1C и рис. 3C показаны кривые обугливания образцов угля, а в таблице 3 представлены соответствующие данные. С увеличением величины теплового излучения угольный остаток бурого угля постепенно увеличивается. Например, HM50 имеет в 3,1 раза больше остатков угля, чем HM15. Однако, в отличие от лигнита, коксовый остаток битуминозного угля постепенно уменьшается с увеличением значения теплового излучения. Например, остаток угля YM50 был значительно уменьшен на 73,5% по сравнению с YM15.Остатки угля WYM15, WYM25, WYM35 и WYM50 составляли 96,5, 54,9, 54,2, 52,8 и 11,9% соответственно. Остаток угля антрацита уменьшается с увеличением значения теплового излучения. Кроме того, остатки угля битуминозного угля и антрацита выше, чем у бурого угля при том же значении теплового излучения. Например, обугленный остаток YM35 в 2,0 раза больше, чем у HM35, тогда как обугленный остаток WYM35 в 1,5 раза больше, чем у YM35. Эти явления объясняются тем фактом, что содержание связанного углерода в битуминозном угле и антраците значительно выше, чем в лигните, что приводит к образованию большего количества угольного остатка в процессе сжигания.

Дымообразование

Как показано на рисунках 4–6 и в таблице 4, значения PSPR для HM15, HM25, HM35 и HM50 составляют 0,0007, 0,0019, 0,0021 и 0,0053 м 2 /с соответственно. По сравнению с HM15 значение PSPR для HM50 было значительно улучшено на 657,1%. В то же время значение PSPR бурого угля увеличивается с увеличением значения теплового излучения. Тенденция изменения значения PSPR битуминозного угля такая же, как у лигнита, которая затем постепенно увеличивается с увеличением значения теплового излучения.Например, значение PSPR для YM50 в 10,5 раз больше, чем для YM15. В соответствии с лигнитом и битуминозным углем значение PSPR антрацита также увеличивается с увеличением значения теплового излучения. По сравнению с WYM25 значение PSPR для WYM35 и WYM50 увеличилось на 22,2 и 155,6% соответственно. Значения PSPR битуминозного угля и антрацита ниже, чем у лигнита при одинаковом значении теплового излучения. Например, значение PSPR для YM50 и WYM50 было снижено на 60,4 и 56,6% соответственно по сравнению с HM50.

РИСУНОК 4 . Кривые лигнита: (A) SPR и (B) TSR.

РИСУНОК 5 . Кривые битумита: (А) SPR и (B) TSR.

РИСУНОК 6 . Антрацитовые кривые: (A) SPR и (B) TSR.

ТАБЛИЦА 4 . Соответствующие данные о дымовыделении образцов угля.

Общее дымовыделение HM15 составляет 1 215 м 2 2 , что является наименьшим из всех образцов бурого угля.Значение TSR лигнита увеличивается с увеличением значения теплового излучения. Стоит отметить, что значение TSR HM50 достигает 11 106,1 м 2 / м 2 , что в 9 891 раз больше, чем у HM15. В соответствии с лигнитом, значение TSR битуминозного угля также увеличивается с увеличением коэффициента теплового излучения. Значения TSR для YM15, YM25, YM35 и YM50 составляют 141,4, 1400,2, 2986,3 и 2718,3 м 2 / м 2 соответственно. Тенденция изменения TSR антрацита такая же, как у лигнита и битуминозного угля, которая постепенно увеличивается по мере увеличения значения теплового излучения.Например, WYM50 имеет улучшение TSR на 293,9% по сравнению с WYM15. Эти явления связаны с тем, что уголь горит более интенсивно при высоких температурах и образует более рыхлый углеродный слой, что приводит к большему выделению дымовых газов. Значение TSR лигнита выше, чем у битуминозного угля и антрацита при одинаковом значении теплового излучения. Причина в том, что содержание фиксированного углерода в лигните меньше, содержание летучих выше, а углеродный слой относительно рыхлый, что не может эффективно препятствовать выделению дыма.Значение TSR YM50 на 15,2% ниже, чем у WYM50, что связано с более низким содержанием серы в битуминозном угле, чем в антраците.

Выделение моноксида углерода и двуокиси углерода

На рисунках 7–9 показаны кривые выделения CO из угля, а в таблице 5 представлены соответствующие данные.

РИСУНОК 7 . Кривые лигнита: (A) PCOPR и (B) COTY.

РИСУНОК 8 . Кривые битумита: (A) PCOPR и (B) COTY.

РИСУНОК 9 . Антрацитовые кривые: (A) PCOPR и (B) COTY.

ТАБЛИЦА 5 . Соответствующие данные о выбросах CO и CO 2 для образцов угля.

Как показано на рисунке 7A, на кривой COPR для HM50 есть два пика. Первый пик связан с образованием защитного углеродного слоя при сжигании угля, тогда как второй пик связан с разрушением углеродного слоя горючим газом (Yuan et al., 2017).Как правило, значение PCOPR лигнита уменьшается с увеличением значения теплового излучения. Значения PCOPR для YM15, YM25, YM35 и YM50 составляют 7, 52, 50 и 22 г/с соответственно. PCOPR уменьшается с увеличением значения теплового излучения. В отличие от лигнита и битуминозного угля значение PCOPR антрацита увеличивается с увеличением значений коэффициента теплового излучения. Например, PCOPR WYM50 составляет 55 г/с, что в 27,5 раз больше, чем у WYM15. По сравнению с HM50 и YM50 значение PCOPR для WYM50 увеличивается на 189.5 и 150,0% из-за более низкой степени сгорания и более высокого содержания связанного углерода в WYM50 по сравнению с YM50 и HM50, что приводит к более высоким значениям теплового излучения. Кроме того, образуется больше CO. Подобно PCOPR, COTY бурого угля уменьшалась с увеличением значения теплового излучения. Например, значение COTY для HM50 составляет 2,37 кг/кг, что на 45,4 % меньше, чем у HM15. Причина в том, что по мере повышения температуры образец угля сгорает более тщательно, производя меньше CO.Значения COTY для YM15, YM25, YM35 и YM50 составляют 0,23, 8,13, 5,88 и 3,14 кг/кг соответственно. Стоит отметить, что COTY антрацита увеличивается с увеличением значения теплового излучения, что противоречит тенденции COTY бурого и каменного угля. Когда значение теплового излучения увеличивается до 50 кВт/м 2 , значение COTY для WYM50 достигает 6,88 кг/кг, что в 1764,5 раза больше, чем для WYM15. Однако антрацит имеет более высокий COTY, чем лигнит и битуминозный уголь, при тех же значениях теплового излучения.Например, значение COTY для WYM50 на 190,3 и 101,8% выше, чем у HM50 и YM50 соответственно. Это явление объясняется высоким содержанием связанного углерода в антраците, который образует плотный углеродный слой при сгорании, предотвращает попадание кислорода в образец угля и препятствует дальнейшему сгоранию угля, что приводит к неполному сгоранию угля (Chavali et al., 2020). ; Лу и др., 2021; Сюй и др., 2020). Это, в свою очередь, производит больше CO.

На рисунках 10–12 показаны кривые выделения CO 2 из угля, а в таблице 5 обобщены данные.Значения PCO 2 PR для HM15, HM25, HM35 и HM50 составляют 0,0170, 0,0167, 0,0402 и 0,0421 г/с соответственно. Следовательно, значение PCO 2 PR бурого угля постепенно увеличивается с увеличением значения теплового излучения. Кроме того, значение PR PCO 2 HM50 увеличилось на 147,6% по сравнению с HM15. Как показано на фиг. 11А, значение PCO 2 PR битуминозного угля постепенно увеличивается с увеличением значения теплового излучения. Например, значение PCO 2 PR для YM50 равно 1.в 3 раза больше, чем у YM25. Значение PCO 2 PR антрацита постепенно увеличивается с увеличением коэффициента теплового излучения, что согласуется с лигнитом и битуминозным углем. По сравнению с WYM35, PCO 2 PR WYM50 улучшается на 62,9%. Кроме того, значение PCO 2 PR лигнита значительно выше, чем у битуминозного угля при том же значении теплового излучения. Например, значение PCO 2 PR для HM50 на 106,3% выше, чем у YM50. Причина в том, что содержание углерода в лигните меньше, чем в битуминозном угле, поэтому образец угля полностью сгорает и, таким образом, образуется больше CO 2 .Отмечается, что при одинаковом значении теплового излучения РСО 2 PR антрацита ниже, чем у каменного угля. Это связано с тем, что содержание углерода в антраците выше, чем в битуминозном угле; таким образом, при сжигании антрацита образуется больше угольного остатка, что препятствует дальнейшему сжиганию образцов угля.

РИСУНОК 10 . Кривые лигнита: (A) PCO 2 PR и (B) CO 2 TY.

РИСУНОК 11 .Кривые битумита: (A) PCO 2 PR и (B) CO 2 TY.

РИСУНОК 12 . Антрацитовые кривые: (A) PCO 2 PR и (B) CO 2 TY.

На рис. 10В показана кривая CO 2 TY из лигнита. Как показано на рисунке 10B, значение CO 2 TY бурого угля уменьшается с увеличением значений теплового излучения. Когда значение теплового излучения увеличивается до 50 кВт/м 2 , значение CO 2 TY HM50 уменьшается до 22.8 кг/кг. В отличие от лигнита, значение CO 2 TY битуминозного угля увеличивается с увеличением коэффициента теплового излучения. Например, CO 2 TY YM50 достигает 21,7 кг/кг, что в 15,5 раз выше, чем у YM15. Как показано на рисунке 12В, CO 2 TY антрацита увеличивается с увеличением значения теплового излучения. Значения CO 2 TY WYM15, WYM25, WYM35 и WYM50 составляют 0,3, 11,5, 13,2 и 21,5 кг/кг соответственно. Однако при одинаковом значении теплового излучения значение CO 2 TY бурого угля выше, чем у каменного угля и антрацита.Например, значение CO 2 TY для HM15 в 23,8 и 111 раз больше, чем для YM15 и WYM15 соответственно. Это связано с низким содержанием углерода в лигните, что делает образующийся углеродный слой более рыхлым и неэффективным подавлением выделения СО 2 при горении. Кроме того, значение CO 2 TY для WYM50 меньше, чем для YM50. Причина в том, что высокое содержание антрацита создает более сплошной и плотный углеродный слой, который эффективно предотвращает попадание кислорода в образец угля, в определенной степени тормозит бурное горение угля и уменьшает выделение газа.

Анализ коксового остатка после сжигания угля

На рисунках 13–15 показаны электронные фотографии коксового остатка образца угля.

РИСУНОК 13 . Фотографии остатков угля антрацита: (A) HM15, (B) HM15, (C) HM35 и (D) HM50.

РИСУНОК 14 . Фотографии обугленных остатков битумита: (A) HM15, (B) HM15, (C) HM35 и (D) HM50.

РИСУНОК 15 .Фотографии остатков угля антрацита: (A) HM15, (B) HM15, (C) HM35 и (D) HM50.

Как видно из этих рисунков, с увеличением значения теплового излучения трещины обугленного остатка образца бурого угля становятся больше. В частности, угольный остаток HM50 имеет много трещин и отверстий, что не способствует блокированию выделения тепла и токсичных дымовых газов. Коксовый остаток образцов битуминозного и антрацитового угля становится прерывистым с увеличением значения теплового излучения, что согласуется с лигнитом. Однако коксовый остаток образцов битуминозного и антрацитового угля более плотный, чем лигнит, что приводит к значительно меньшему производству тепла и дымовых газов из битуминозного и антрацитового угля, чем из лигнита (Deng et al., 2014; Deng et al., 2017). ; Дэн и др., 2018; Ченг и др., 2021). Кроме того, полукоксовый остаток антрацита более плотный и непрерывный, чем битуминозный уголь. Это также более способствует подавлению выделения тепла и токсичного дыма.

Влияние различных значений теплового излучения на переходные характеристики окисления угля и самовозгорания

Чтобы лучше проанализировать, как высокотемпературное тепловое излучение влияет на окисление угля и характеристики преобразования самовозгорания, мы нарисовали тенденцию изменения угольного остатка и тепла и производство дымовых газов со значением теплового излучения на рисунках 16–18.Как показано на Рисунке 16, остаток кокса во всех образцах угля уменьшается с увеличением значения теплового излучения, что указывает на то, что образцы угля прогорают более полно при высоких температурах. Остаток угля из лигнита меньше, чем из битуминозного угля и антрацита, из-за значительно меньшего содержания углерода и полного сгорания. Антрацит имеет более высокий остаток угля, чем битуминозный уголь, а это означает, что углеродный слой антрацита более плотный, чем у битуминозного угля. Как правило, выбросы тепла и дымовых газов (PHRR, THR, PSPR, TSR, PCO 2 PR и CO 2 TY) всех образцов угля постепенно увеличиваются с увеличением значения теплового излучения.Это показывает, что образец угля более склонен к самовозгоранию и воспламенению при увеличении значения теплового излучения. Кроме того, при более высоких значениях теплового излучения углеродный слой, образованный в результате окисления угля и самовозгорания, с большей вероятностью будет иметь больше трещин, что не способствует ингибированию выделения тепла и токсичного дыма (Wang D et al., 2019). Вырабатывается мало CO, потому что уголь сгорает более тщательно при более высоких значениях лучистого тепла. Следовательно, значения PCOPR и COTY образца угля уменьшаются с увеличением значений теплового излучения.За исключением PCOPR и COTY, выбросы тепла и дымовых газов лигнита выше, чем у антрацита и битуминозного угля, потому что содержание углерода в лигните меньше, чем в антраците и битуминозном угле, что приводит к образованию рыхлого углеродного слоя во время сгорания, что невозможно. эффективно предотвращает попадание кислорода в образец угля и обеспечивает более полное сгорание образца угля. Поэтому значения PCOPR и COTY бурого угля ниже, чем у антрацита и битуминозного угля. Однако было установлено, что выбросы тепла и дымовых газов при использовании антрацита ниже, чем при использовании битуминозного угля.Причина в том, что углеродный слой антрацита более плотный и сплошной, чем у битуминозного угля, что эффективно предотвращает выделение тепла и токсичных дымовых газов. Кроме того, содержание кислорода в антраците и степень сгорания ниже, чем у битуминозного угля. Следовательно, образующийся дым также низок.

РИСУНОК 16 . Тенденция изменения остаточного содержания угля в углях.

РИСУНОК 17 . Тенденция изменения тепла и дыма: (A) PHRR, (B) THR, (C) PSPR и (D) TSR.

РИСУНОК 18 . Тенденция изменения CO и CO 2 : (A) PCOPR, (B) COTY, (C) PCO 2 PR и (D) CO 2 TY

Заключение

С помощью конусного калориметра исследовано влияние высокотемпературного теплового излучения на процессы окисления и самовозгорания угля. По результатам этого исследования было установлено, что значения TTI бурого и каменного угля снижаются с увеличением значений теплового излучения.Это показывает, что при относительно более высоком тепловом излучении степень окисления угля ускоряется, и уголь со склонностью к самовозгоранию степени Ⅰ и Ⅱ с большей вероятностью воспламеняется. Стоит отметить, что антрацит не может воспламениться при значении теплового излучения меньше или равном 50 кВт/м 2 , что согласуется со склонностью антрацита к самовозгоранию. Поскольку содержание углерода в битуминозном угле и антраците выше, чем в лигните, при сгорании угля образуется более плотный углеродный слой, эффективно предотвращающий выделение тепла.Кроме того, по сравнению с битуминозным углем значение PHRR антрацита имеет тенденцию к снижению. Причина в том, что битуминозный уголь имеет более высокое содержание кислорода, чем антрацит, благодаря чему уголь горит более энергично и выделяет больше тепла. Из-за низкого содержания связанного углерода и высокого содержания летучих веществ в лигните образующийся углеродный слой является относительно рыхлым, что не может эффективно препятствовать выделению дыма. Следовательно, при одинаковой величине теплового излучения TSR лигнита выше, чем у каменного угля и антрацита.На кривой производительности CO для HM50 есть два пика. Первый пик обусловлен образованием защитного углеродного слоя при горении угля. Второй пик связан с разрушением углеродного слоя горючим газом. Антрацит имеет высокое содержание связанного углерода и при сгорании образует плотный углеродистый слой. Таким образом, он предотвращает попадание кислорода в образец угля и препятствует дальнейшему сгоранию угля, что приводит к неполному сгоранию угля и большему количеству CO. Содержание углерода в лигните низкое, что делает углеродный слой, образующийся в процессе горения, рыхлым и не может эффективно ингибировать выделение СО.Таким образом, образующийся в процессе горения углеродный слой рыхлый при той же величине теплового излучения. Следовательно, общее количество CO 2 , выделяемое из лигнита, значительно больше, чем из битуминозного угля и антрацита.

Заявление о доступности данных

Необработанные данные, подтверждающие заключение этой статьи, будут предоставлены авторами без неоправданных оговорок.

Авторские вклады

YH осуществлял администрирование проекта и тщательно проводил расследование. LW провел расследование и написал первоначальный проект, предоставил методологию и формальный анализ. WH пересмотрел рукопись. Все авторы проверили рукопись.

Финансирование

Это исследование финансировалось Фондом естественных наук Китая (грант № 51774182), Национальным крупным проектом по науке и технологиям (2016ZX05045006-004), Фондом инноваций в области науки и технологий CCTEG (2018MS014) и Открытие научно-исследовательского фонда Государственной ключевой лаборатории технологии безопасности угольных шахт (Грант No.SKLCMST101, SKLCMST103).

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Примечание издателя

Все утверждения, изложенные в этой статье, принадлежат исключительно авторам и не обязательно представляют претензии их дочерних организаций или издателя, редакторов и рецензентов. Любой продукт, который может быть оценен в этой статье, или претензии, которые могут быть сделаны его производителем, не гарантируются и не поддерживаются издателем.

Ссылки

Brohez, S. (2005). Анализ погрешности измерения скорости тепловыделения по калориметрии потребления кислорода. Мастер Огня. 29 (6), 383–394. doi:10.1002/fam.895

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чавали К.С., Петсангаве Д.А., Патанкар К.С., Хосе Р.В., Вадекар П.Х., Маити С. и др. (2020). Вспучивающийся огнезащитный состав на основе графена на хлопчатобумажной ткани. Дж. Матер. науч. 55 (29), 14197–14210. дои: 10.1007/s10853-020-04989-6

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar

Cheng, X. W., Zhang, W., Wu, Y. X., Ma, Y. D., Xu, J. T., and Guan, J. P. (2021). Боратная функционализированная карамель как эффективный вспучивающийся антипирен для шерстяной ткани. Полим. Деград. Удар. 186, 109469. doi:10.1016/j.polymdegradstab. 2020.109469

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чоу В.К. и Хан С.С. (2011). Расчет скорости тепловыделения в калориметрии потребления кислорода. Заяв. Терм. англ. 31 (2-3), 304–310. doi:10.1016/j.applthermaleng.2010.09.010

CrossRef Full Text | Google Scholar

Дэн С.-Л., Ду С.-Л., Чжао Дж., Шен З.-К., Дэн С. и Ван Ю.-З. (2014). Вспучивающаяся огнестойкая полипропиленовая система с одновременным улучшением огнестойкости и водостойкости. Полим. Деград. Удар. 108, 97–107. doi:10.1016/j.polymdegradstab.2014.06.008

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дэн С., Инь Х., Ли Р.-М., Хуанг С.-К., Шартель Б. и Ван Ю.-З. (2017). Режимы действия монокомпонентного вспучивающегося огнестойкого МАПП в полиэтилен-октеновом эластомере. Полим. Деград. Удар. 138, 142–150. doi:10.1016/j.polymdegradstab.2017.03.006

CrossRef Full Text | Google Scholar

Дэн, Х.-м., Сюй, Дж.-ю., Ли, X.-у., Е, Ю.-л., Чен, Х.-к. , Чен, С.-у ., и другие. (2018). Синергетическое действие между привитым ангидридом углеродным волокном и вспучивающимся антипиреном повышает огнестойкость и механические свойства полипропиленовых композитов. Науч. Технол. Доп. Матер. 19 (1), 718–731. doi:10.1080/14686996.2018.1528567

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Го, Х., Лайон, Р. Э., и Сафронава, Н. (2018). Точность измерения скорости тепловыделения в микромасштабной калориметрии сгорания. Дж. Тест. оценка 46 (3), 20160651–20161098. doi:10.1520/Jte20160651

Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Го С.Л., Ян З., Юань С.Дж. и Гэн В.Л. (2021). Ингибирующее действие и механизм действия L-аскорбиновой кислоты в сочетании с полифенолами чая на самовозгорание угля. Energy 229, 120651. doi:10.1016/j.energy.2021.120651

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Liu, C., Fu, L., Yang, J., Zhang, S., Shi, Y., Yang, F., et al. (2020а). Новое понимание поведения углей при горении с помощью конусного калориметра. Дж. Терм. Анальный. Калорим. 143 (1), 139–150. doi:10.1007/s10973-019-09250-0

CrossRef Full Text | Google Scholar

Liu, C., Wu, W., Shi, Y., Yang, F., Liu, M., Chen, Z., et al. (2020б). Создание гибрида MXene/восстановленного оксида графена для создания высокопожаробезопасных термопластичных полиуретановых нанокомпозитов. Композиты B: англ. 203, 108486. doi:10.1016/j.compositesb.2020.108486

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Lu, W.M., Ye, J.W., Zhu, L.H., Jin, Z.F., and Matsumoto, Y. (2021). Механизм вспучивающегося ингибитора горения лигносульфоната как агента, образующего обугливание в жесткой полиуретановой пене. Polymers 13 (10), 1585. doi:10.3390/Polym13101585

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Lv, H. P., Li, B., Deng, J., Ye, L.Л., Гао В., Шу С.М. и соавт. (2021). Новая методика оценки ингибирующего действия хлоридных солей на риск воспламенения при самовозгорании угля. Energy 231, 121093. doi:10.1016/J.Energy.2021.121093

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мохалик Н.К., Рэй С.К., Мишра Д., Пандей Дж.К., Мондал С., Хан А.М. и др. (2021). Предотвращение и борьба с самовозгоранием/пожаром в угольных складах электростанций с использованием огнетушащих химикатов. Междунар. J. Использование подготовки угля 1, 1964489. doi:10.1080/19392699.2021.1964489

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пранда П., Прандова К., Главачек В. и Ян Ф. (2001). Сжигание углерода летучей золы. Топливный процесс. Технол. , 72(3), 227–233. doi:10.1016/S0378-3820(01)00189-8

CrossRef Full Text | Google Scholar

Претрель Х., Ле Со В. и Одуэн Л. (2014). Экспериментальное определение скорости тепловыделения при пожаре с помощью калориметрии OC и CDG для сценария пожара в вентилируемых помещениях. Мастер Огня. 38 (4), 474–506. doi:10.1002/fam.2193

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Риаза Дж. , Хатами Р., Левендис Ю. А., Альварес Л., Гил М. В., Певида К. и др. (2014). Воспламенение одной частицы и горение антрацита, полуантрацита и битуминозных углей в воздухе и в моделированных кислородно-топливных условиях. Горение и пламя 161 (4), 1096–1108. doi:10.1016/j.combustflame.2013.10.004

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Шао, Х., Лу, К., и Цзян, С. (2021). Влияние вентиляции с преобразованием частоты на самовозгорание угля. Науки о горении. Технол. 193 (10), 1766–1781. doi:10.1080/00102202.2020.1713769

CrossRef Full Text | Google Scholar

Ши, Ю., Лю, К., Дуань, З., Ю, Б., Лю, М., и Сонг, П. (2020). Разработка интерфейса MXene для сверхпрочных и прочных полимерных нанокомпозитов с высокой пластичностью и превосходной пожаробезопасностью. Хим. англ. Дж. 399, 125829.doi:10.1016/j.cej.2020.125829

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ши Ю., Лю К., Фу Л., Фэн Ю., Лв Ю., Ван З. и др. (2021). Высокоэффективный дымоподавитель MXene/Nano-Cu для снижения пожароопасности термопластичного полиуретана. Композиты A: Прил. науч. Производство 150, 106600. doi:10.1016/j.compositesa.2021.106600

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван Д., Фэн С. М., Чжан Л. П., Ли М., Лю М. М., Тянь А.Л. и др. (2019). Анизотропная пена с циклотрифосфазеновым мостиком, периодическая мезопористая органосиликатная интегрированная целлюлозная нановолоконная пена с высокими огнезащитными и теплоизоляционными свойствами. Хим. англ. J. 375, 121933. doi:10.1016/J.Cej.2019.121933

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван Д., Пэн Х., Ву Ю., Чжан Л., Ли М., Лю М. и др. (2020а). Биоинспирированные ламеллярные барьеры для значительного улучшения огнезащитных свойств наноцеллюлозных композитов. ACS Sustain. хим. англ. 8 (11), 4331–4336. doi:10.1021/acssuschemeng.9b07745

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Ван Д., Пэн Х. Ю., Ю Б., Чжоу К. К., Пан Х. Ф., Чжан Л. П. и др. (2020б). Биомиметические конструкционные целлюлозные нановолоконные аэрогели с исключительными механическими, огнестойкими и теплоизоляционными свойствами. Хим. англ. J. 389, 124449. doi:10.1016/J.Cej.2020.124449

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, Л., Tawiah, B., Shi, Y., Cai, S., Rao, X., Liu, C., et al. (2019). Высокоэффективные огнезащитные жесткие пенополиуретаны: изготовление и применение для ингибирования горения угля. Polymers 11 (11), 1776. doi:10.3390/polym11111776

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Ван Ю., Ли Х. и Го З. (2018). Прогноз распространения самовозгорания и потерь угля в наклонном пласте. Теплопередача. Рез. 49 (9), 827–845. дои: 10.1615/HeatTransRes.2018020029

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вен, Х., Ю, З., Фан, С., Чжай, X. и Лю, В. (2017). Прогнозирование возможности самовозгорания угля в карьере с использованием экстремальных концентраций CO: тематическое исследование. Науки о горении. Технол. 189 (10), 1713–1727. doi:10.1080/00102202.2017.1327430

CrossRef Full Text | Google Scholar

Xi, X. , Jiang, S.G., Yin, C.C., and Wu, Z.Y. (2021). Экспериментальное исследование пены на основе цемента, разработанной для предотвращения самовозгорания угля путем перекрытия утечки воздуха. Fuel 301, 121091. doi:10.1016/J.Fuel.2021.121091

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сяо Ю., Чжан Х.-М., Инь Л., Шу К.-М. и Ли К.-В. (2021). Риск самовозгорания активированного угля на основе угля. Науки о горении. Технол. 1, 1933961. doi:10.1080/00102202.2021.1933961

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сюй Б., Шао Л. С., Ван Дж. Ю., Лю Ю. Т. и Цянь Л. Дж. (2020). Повышение эффективности вспучивающегося антипирена в полипропилене за счет синергетического эффекта обугливания двухгруппового соединения гипофосфит/циклотетрасилоксан. Полим. Деград. Удар. 181, 109281. doi:10.1016/j.polymdegradstab.2020.109281

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Яшвант Б.Л., Шоторбан Б., Махалингам С., Лаутенбергер К.В. и Вайзе Д.Р. (2016). Численное исследование влияния радиации и влажности на пиролиз и воспламенение листового твэла. Горение и пламя 163, 301–316. doi:10.1016/j.combustflame.2015.10.006

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Инь, П., Лю Н., Чен Х., Лозано Дж. С. и Шан Ю. (2014). Новая корреляция между временем возгорания и влажностью хвои, пораженной головнями. Пожарная техника. 50 (1), 79–91. doi:10.1007/s10694-012-0272-y

CrossRef Full Text | Google Scholar

Юань Б., Фан А., Ян М., Чен Х., Ху Ю., Бао К. и др. (2017). Влияние графена на воспламеняемость и огнестойкость вспучивающихся огнезащитных полипропиленовых композитов при различных сценариях возгорания. Полим. Деград. Удар. 143, 42–56. doi:10.1016/j.polymdegradstab.2017.06.015

CrossRef Full Text | Google Scholar

Чжан Дж., Ван X., Чжан Ф. и Ричард Хоррокс А. (2004). Оценка скорости тепловыделения композитов полимер-наполнитель методом конусной калориметрии. Полим. Тестовое задание. 23 (2), 225–230. doi:10.1016/S0142-9418(03)00098-9

CrossRef Full Text | Google Scholar

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Исследование характеристик плавления золы смесевых Уголь на основе расчетов DFT

3.1. Эффект различного смешивания Пропорции на Характеристики плавления золы

Результаты экспериментов с золой характеристики плавления угольной смеси с различными пропорциями приведены в табл. 4. Из табл. 4 видно, что по сравнению с битуминозным углем характеристики плавления золы различных пропорций шихтового угля значительно улучшаются, и температура размягчения выше, чем минимальная температура размягчения температуре (1260 °C), что соответствует минимальным требованиям вдувание доменной печи для плавления пылеугольной золы. Во время эксперимента максимально допустимая температура оборудования 1400 °С. Поэтому, когда температура достигает 1400 °С образец еще не имеет характеристик плавления, а прибор регистрирует характеристическую температуру как «>1400 °С».

Таблица 4

Экспериментальные результаты плавки золы Характеристики угольной смеси

    золы Характеристика таяния температуры (° C)
код Code Bitumsousous Content (WT%) DT ST HT FT
A 40. 12 1278 1328 1375 1386
B 30,56 1292 1366 тысяча триста девяносто один > 1400
С 21,87 1324 1 379 > 1400 > 1400
D 13. 79 1339 1339 > 1400 > 1400 > 1400

Это Из табл. 4 видно, что после добавления антрацита с высокой зольностью плавления, характеристики плавления золы угольной смеси значительно улучшен.С уменьшением доли битуминозного угля, DT, ST, HT и FT разбавленного угля улучшаются, указывая на то, что смешанный уголь уголь оказывает очевидное улучшающее действие на характеристики плавления золы битуминозного угля.

Когда антрацит и битуминозный уголь смешанный в пропорциях 5:5, 6:4, 7:3 и 8:2, температуры плавления золы (ST) смешанного угля 1328, 1366, 1379 и 1400 °С соответственно. В сравнении с выбранным в эксперименте битуминозным углем плавление золы баллы угольной смеси увеличились на 98, 136, 149 и 170 °С, соответственно. Поэтому в процессе доменной плавки это битуминозный уголь выбирается для закачки и когда этот битуминозный доля угля составляет менее 50%, температура плавления золы смешанного уголь имеет температуру выше 1300 °С, что соответствует требованиям дутья. впрыск печи.

3.3. Влияние механизма Анализ смешанных Уголь по плавимости угольной золы

С разработкой вычислительного материаловедения и углубление междисциплинарного исследования, теория квантовой химии и расчеты обеспечивают механизм анализ и теоретическую базу для дальнейшего изучения сложных физических и химические реакции между основными минеральными компонентами в Процесс плавления золы пылевидного угля при высоких температурах. 21−24 Функция Фукуи — это метод, основанный на теории функционала плотности. (DFT) для обсуждения рациональности электронной теории в химической реакции, а это один из важных показателей для прогнозирования Молекулярная реакционная активность и реакционные центры. 25−27

На основе на ДПФ, Парр и Ян 25 дали определение функции Фукуи электронной системы.

1

В формуле мк – химический потенциал, ρ() – плотность электронов, а υ – потенциал действия проверяющих электронов.отражает место реакции вещества. Поскольку наклон системы N -электрон разрывен, функция Фукуи включает три формы реакции.

Нуклеофильная атака

2

Электрофильная атака

3

Свободнорадикальная атака

4

В пограничной молекулярно-орбитальной теории дополнительные электроны в процессе химической реакции занимают самые нижние незанятые молекулярные орбитали (LUMO) реагентов.Однако, если вещество ионизировано, перенос электронов с высшей занятой молекулярной орбитали (ВЗМО) из реагентов. Электроны, находящиеся на ВЗМО, считаются играющими большую роль в реакции играют валентные электроны в атомах. в В процессе реакции НСМО и ВЗМО между реагентами должны достигать максимальное перекрытие, чтобы электроны могли мигрировать с ВЗМО на LUMO, тем самым способствуя разрыву старых химических связей и образование новых химических связей. 28 Следовательно, ф + и ф из функции Фукуи в определенной степени связаны с НСМО и ВЗМО.Для удобного изучения распределения функции Фукуи на каждом атоме в системе N -электрон каждый атом имеет точную Значение функции Фукуи. Ян упростил функцию Фукуи на основе Анализ макета мулликена и конечные разностные условия приближения 21 следующие

нуклеофильная атака

5

Электрофильная атака

6

бесплатная радикальная атака

7

где Q I ( N + 1), q i ( N ) и q i ( N – 1) представляют обвинение Малликена значения атома i электронных систем N + 1, N и N + 1 с та же геометрическая структура, что и у N -электрона системы соответственно.Формулы (5)–(7) представляют собой упрощенные функции Фукуи.

Энергия связи кристалла – это энергия, высвобождаемая при свободном атомы (молекулы или ионы) объединяются в кристалл. Под абсолютным нулевое состояние, в дополнение к нулевому колебанию атомов, энергия связи представляет собой сумму потенциальной энергии, когда происходит взаимодействие между атомами. 29 Энергии связи атомных кристаллов N можно выразить следующей формулой

8

В формуле (8), U ( r ) представляет потенциальную энергию взаимодействие между двумя атомами на расстоянии r .

Энергия связи кристалла связана с плавлением точка кристалла. Для ионных кристаллов чем меньше энергия связи кристалла, тем ниже температура плавления материала.

Кристаллические структуры муллита, анортита и геленита были оптимизирован в соответствии с ДПФ и псевдопотенциалом плоских волн, и то энергия связи кристалла и реакционная активность трех Минералы подсчитаны. Использование Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) обмен (связанные тренды), аппроксимация обобщенного градиента (GGA) и базисный набор DNP, рассчитывается выборка зоны Бриллюэна методом Монкхорста-Пака (МП). В процессе оптимизации значение K точек трех минеральных кристаллических структур составляет 3 × 3 × 3.

Для дальнейшего изучения влияния минералов на плавлении пепла поведение пылевидного угля и механизм оздоровления полезных ископаемых на характеристики плавления золы угольной смеси. На основе ДПФ и квантовая химия, физические и химические свойства молекулярная структура основных компонентов антрацитовой золы (муллит и анортит), зола битуминозного угля (геленит) и смешанная угольной золы (анортита) подсчитаны и проанализированы.В таблице 5 приведена кристаллическая структура параметры муллита, анортита и геленита, рассчитанные методом РФА.

Таблица 5

Кристаллическая структура минералов Параметры


Chemical Formula 9 C α β
Anorthite 4 CAAL 2 Si 2 O 8 P 1 8. 19 12,88 14,18 93,30 115,79 91,12
муллита SiAl 5 О 9,5 Bb 2 1 м 30,38 7,78 5.78 90.00 90.00 90.00 90.00
GEHLENITE 9003 P 42 1 M 7. 69 7,69 5,10 90,00 90,00 90,00

В таблице 6 перечислены энергия связи кристаллов трех минералов, полученная расчетным путем. Из таблицы 6 можно видно, что энергии связи кристаллов оптимизированного кальция анортит, муллит и геленит -55534,5, -17404,3, и -74420,1 кДж/моль соответственно. Результаты расчета энергии связи кристалла анортита согласуются с Ruilian Li, 30 , что указывает на то, что расчет результаты надежны.

Таблица 6

Энергия связи кристалла из трех Минералы

-17404.3
Mineral Chemical Formula Обязательная энергия, KJ / MOL
1 9075 CAAL 2 SI 2 O 8 O 8
Муллит Sial 5 O 9. 5 9.5 9.5935 -17404.3
GEHLENITE CA 2 AL 2 SIO 7 4 9 -74420.1

Энергия связи кристалла муллита явно выше, чем анортита и геленита, поэтому муллит имеет стабильную молекулярную Структура и температура плавления также выше, чем у анортита и геленита. Энергия связи кристалла анортита выше, чем у геленита, поэтому температура плавления анортита выше, чем у геленита. Следовательно, при условии 1200 °С, когда антрацит (основные минералы золы – муллит и анортит) смешивается с битуминозным углем (основным минералом зола — геленит), содержание минералов с высокой энергией кристаллической связи в угольной шихте увеличивается, что увеличивает температуру плавления золы смешанного угля.

3.3.1. Расчет и анализ молекулярного Структура муллита

показывает оптимальную кристаллическую структуру и ВЗМО муллита. Красный представляет атом кислорода, фиолетовый представляет атом алюминия, желтый представляет атом кремния, а синие и желтые выпуклости представляют положительные и отрицательные значения волновой функции.

Оптимальная кристаллическая структура и ВЗМО муллита.

показывает, что муллит является алюмосиликатным минералом, и его кристаллическая структура может следует рассматривать как образовавшийся из силлиманита.Его ячейка состоит из четырех силлиманитовые ячейки, каждая из которых состоит из четырех Al 2 O 3 ·SiO 2 . Так, для муллита имеется четыре Si 4+ , замененных Al 3+ в 16 Al 2 O 3 ·SiO 2 . Квантово-химические расчеты реакционной активности муллит показывают, что эта кристаллическая структура муллита позволяет легко соединяться с акцепторами электронов, такими как катионы (Na + , Ca 2+ , Fe 2+ и т. д.) или ионные группы.

показывает электронная плотность диаграммы состояния кристалла муллита. Он может видно, что в кристалле муллита край валентной зоны (эквивалентный ВЗМО) в основном гибридизуется орбитой Al–O (O 2p орбита, гибридизованная с орбитами Al 3p и Al 3d) с образованием Al-O тетраэдра, а образование связи Si–O слабое (орбита O 2p гибридизованные с Si 3p и Si 3d орбитами). Нижняя часть проводки полоса (эквивалентная НСМО) в основном занята Al 3s, Al 3p, и O 2p, а гибридизация между Si 3s, Si 3p и O 2p-орбит слабо.

Диаграмма электронной плотности состояния кристалла муллита.

Для различения различной химической активности различных ионов в разных позициях в структуре муллита населенность и упрощенные функции Фукуи ( f и f + ) муллита также рассчитаны кристаллы, результаты расчетов приведены в таблице S1. O(83), O(121) и их эквивалент позиции муллита имеют самые отрицательные атомные заряды, в то время как Al(111) и их эквивалентные положения имеют самые положительные атомные обвинения.По определению функции Фукуи позиции из максимальных значений f + и f являются приоритетными позициями атаки нуклеофильные и электрофильные реагенты. Теоретическая основа Функция Фукуи состоит в том, что когда электрон переносится в систему N -электронов, этот электрон распределяется в положение, в котором энергия N + 1 электрона система достигает минимума. Данные в таблице S1 показывают, что нуклеофильный реагент преимущественно атакует Al(111), что приводит к разрыву и рекомбинации связи Al–O.То электрофильный реагент преимущественно атакует O(83) и O(121) муллита, что приводит к разрыву связи Al–O и рекомбинации в этом положении.

Путем смешивания угля в качестве электрофильных реагентов ионы металлов, такие как как Ca 2+ в основной минеральной молекулярной структуре битуминозных угольная зола легко связывается с кислородом (83) и кислородом (121) в кристаллической структуре. муллита, что приводит к преимущественному разрыву связи Al–O в муллите. Michaelian 31 обнаружил, что катионы металлов в основном прореагировал с атомами кислорода, соединяющими два атома алюминия в муллите для получения различных структур силикатных алюминатов. Чжан 32 обнаружил, что при использовании соединений с высокой температурой плавления добавлялись в малозольные тугоплавкие угли, основные минералы в смесях угольная зола изменилась с геленита на анортит. Поэтому в качестве электрофила реагент, Ca 2+ в основном минеральном составе битуминозных угольная зола прореагировала с O(83) и O(121) в муллите, и через серию химических изменений, он произвел анортит и другие алюминаты силикатов. Анализ показывает, что после смешивания антрацита и битуминозного угля ионы основных металлов в золе смешанного угля преимущественно атакуют O (83) и O(121) в кристалле муллита и разрывают связь Al–O.В столбце f таблицы S1 O(83) = O(121) = 0,06, основной металл ионы входят в муллит. Отрицательные ионы способствуют разрушению соединения Al–O. связь из Al(111), как показано в столбце f + таблицы S1: Al(111) = 0,04. Как О (83) и O(121) связывают кислород, силикатные минералы в угольной золе. расплав реагирует со связями R–O (R относится к основному металлу или щелочной ионы земных металлов) в расплаве и ион кислорода в R–O связь может притягиваться к самой себе, что приводит к разрыв мостикового кислорода Al–O–Al.Есть три типы связей Al–O, образованные Al(111). Длина связи следующим образом: длина связи Al(111)–O(86) составляет 0,1735 нм, Al(111)–O(30) длины связей Al(111)–O(18) 0,1770 нм. По сравнению с связь Al(111)–O(86), Al(111)–O(30) и Al(111)–O(18) связи длиннее и их легче разорвать, что делает кристалл муллита структура рекомбинирует здесь.

3.3.2. Расчет и анализ молекулярного Структура геленита

показывает оптимальную кристаллическую структуру и ВЗМО геленита.Красный представляет атом кислорода, фиолетовый представляет атом алюминия, желтый представляет атом кремния, зеленый представляет атом кальция, а синие и желтые выпуклости представляют положительные и отрицательные значения волновой функции.

Оптимизированная кристаллическая структура и ВЗМО геленита.

показывает, что структура геленита представляет собой тетраэдр, состоящий из [AlO 4 ], [SiO 4 ] и слабой координации Ca–O 4 , в котором объем тетраэдров Ca–O 4 немного больше, чем у [AlO 4 ] и [SiO 4 ], таким образом образуя слоистую структуру, параллельную кристаллической плоскости (001).

показывает электронная плотность диаграммы состояния кристалла геленита. Он может видно, что в кристалле геленита край валентной зоны (эквивалент к ВЗМО) в основном гибридизуется орбитой Al–O (O 2p-орбита, гибридизованная с орбитами Al 3p и Al 3d) с образованием Al-O тетраэдра, а образование связи Si–O слабое (орбита O 2p гибридизованные с Si 3p и Si 3d орбитами). Но связь Ca–O почти не имеет орбитальной гибридизации, поэтому образование связи является самый слабый, что согласуется с явлением слабого тетраэдра Ca–O 4 в структурном анализе.Нижняя часть зона проводимости (эквивалентная НСМО) в основном занята Орбиты Al 3s, Al 3p и O 2p.

Электронная плотность диаграммы состояния кристалл геленита.

Чтобы различать разные химическая активность различных ионы в разных положениях в структуре геленита, Малликена атомная населенность и упрощенные функции Фукуи ( f и f + ) геленита также рассчитаны кристаллы, результаты расчетов приведены в таблице S2.O(11), O(16), O(20) и их эквивалент позиции геленита имеют самые отрицательные атомные заряды, в то время как Al(10), Al(10) и их эквивалентные позиции имеют самые положительные атомные заряды. Данные в таблице S2 показывают что нуклеофильный реагент преимущественно атакует Al(10) и Al(10), что приводит к разрыву связи Al-O и рекомбинации. электрофильный реагент предпочтительно атакует O (11), O (16) и O (20) геленита, что приводит к разрыву связи Al–O и рекомбинации в этом положении.

В кристалле геленита, в тетраэдре [AlO 4 ] где O(20) связан с Ca(18), длина связи Al–O(20) самая длинная, 0. 1827 нм, что больше, чем у других Связи Al–O (0,1758 и 0,1730 нм). Поэтому относительно большой электронные облака будут в основном концентрироваться на O(20), связанном с атомами Ca. Атом Ca, координированный с O(20), ослабляет устойчивость системы Al–O(20) связь в тетраэдре [AlO 4 ]. В тетраэдре [AlO 4 ], образованном O(24), длина связи Al(10)–O(24) самый длинный, 0,1827 нм, что больше, чем у другого Связи Al–O (0,1752 нм). Поэтому относительно большое электронное облака будут в основном концентрироваться на O(24), связанном с атомами Ca.То Атом Ca, координированный с O(24), ослабляет устойчивость системы Al(10)–O(24) связь в тетраэдре [AlO 4 ]. Ионы металлов легко захватывают связывающие электроны на O (20) и реагируют с геленитом.

При антраците (основными минералами золы являются муллит и анортит) смешивается с битуминозным углем (основной минерал золы — геленит), атомная популяция Малликена и упрощенные функции Фукуи ( f и f + ) геленита показали, что O(20) имеет максимальное значение f , 0. 26, что будет предпочтительным подвергается атаке электрофильного реагента, в результате чего Ca (18) – O (20) связи Al–O(20), соединенные O(20), разрываются. Свободный электрофильный реагенты, генерируемые Ca 2+ и его ионными группами, реагируют с муллит.

Таким образом, основная причина улучшения зола плавится характеристики угольной смеси после добавки антрацита заключается в том, что после смешивания антрацита с высокой температурой плавления золы и битуминозный уголь с низкой температурой плавления золы при высокой температуре, муллит в антрацитовой золе реагирует с геленитом в битуминозной золе для образования анортита.Наиболее вероятный путь реакции этого процесса следующим образом: муллит легко сочетается с электрофильными реагентами, но трудно реагирует с нуклеофильными реагентами. В пепле В процессе плавления обычные основные катионы (такие как Ca 2+ , Fe 2+ , Na 2+ и т. д.) легко получают электроны, которые являются хорошими электрофильными реагентами. Поэтому, когда щелочные катионы такие как Ca 2+ , Fe 2+ и Na 2+ реагируют с муллитом при высоких температурах они сначала попадают в кристалл муллита через позиции O(83) и O(121), что нарушает связь Al(111)–O(18) и связи Al(111)–O(30) с относительно слабой прочностью, в результате чего в разделении октаэдров и тетраэдров.Сломанный Al–O а связи Si–O в ячейке претерпевают решеточную рекомбинацию, образуя отверстия между тетраэдрическими кольцами [Si/AlO 4 ], что делает Ca 2+ в гелените и другие основные катионы в золе входят эти отверстия и, наконец, превращаются в анортит.

Топить дровами дешево, но у угля есть свои преимущества

Альтернативные виды топлива для отопления по своей природе более неприятны, чем электричество, газ или нефть. Однако разумное использование дров или угля может сэкономить значительную сумму денег и сделать дом более теплым и уютным.

Вот относительные достоинства этих двух наиболее широко используемых альтернатив отопления дома:

* Место для хранения. Обычная единица измерения древесины — шнур — 128 кубических футов, или пространство 4 на 4 на 8 футов.

Обычное домашнее хозяйство может сжигать от 3 до 6 шнуров в год, в результате чего занимает много места.

Уголь обычно продается тоннами, которые занимают менее 40 кубических футов или площадь примерно 3 на 3 на 4 фута.

В британских тепловых единицах (B.t.u.) теплового потенциала, примерно 11/3 шнура хорошего красного клена равняется тонне угля.

* Приправа. Перед сжиганием древесина должна быть выдержана или высушена на воздухе до влажности примерно 20 процентов. Это занимает около 6 месяцев или даже дольше.

Уголь не нуждается в приправах, поскольку содержание влаги в нем практически равно нулю. Тем не менее, уголь следует покупать у надежного дилера, который поставляет антрацит без лишнего материала и пыли.

* Наличие. Хорошей лиственной древесины больше на Восточном побережье, чем где-либо еще в Соединенных Штатах.Ваш собственный лесной участок от 8 до 10 акров может быть возобновляемым и самоокупаемым, но вы будете заняты подготовкой дров.

Покупать древесину у торговцев древесиной проще, но торговцы иногда неохотно поставляют древесину в разгар зимы.

Шахтеры разделяют это нежелание, и забастовки могут перекрыть подачу. Таким образом, разумно также заранее получить запасы угля.

* Стоимость. Доставленная древесина дешевле 4-футовой длины, потому что требуется меньше труда. Это означает, однако, что вы должны потратить свое собственное время, разрезая его по размеру, чтобы он соответствовал вашей плите.Тем не менее, в сельской местности древесина обычно дешевле. В городах цена на древесину может быть эквивалентна нефти в Б.т.е. тепловой потенциал.

В пересчете на Б.т.е. эквивалентности, стоимость угля, как правило, находится где-то между древесиной и нефтью. Это также зависит от вашего местоположения.

* Дымоходы. Для сжигания дров в герметичной печи требуется медленный огонь. Это, в свою очередь, выделяет большие дозы пиролиновой кислоты или креозота. Креозот прилипает к дымоходам. Если его слишком много в дымоходе, он может воспламениться и вызвать пожар в дымоходе.

Чистка дымоходов и печей важна и увеличивает стоимость сжигания дров.

Уголь, напротив, не образует креозот.

* Загрязнение. Древесина выделяет незначительное количество серы (0,02 процента). Однако другие частицы от лесных пожаров вызвали тревогу из-за пелены, которую часто можно увидеть над такими населенными пунктами, как Портленд, штат Орегон; Уотербери, штат Вирджиния; и Aspen, Colo.

Антрацит выделяет 0,52% серы и следы угарного газа.

Как и в случае с дровяными печами, уголь необходимо всегда сжигать с приоткрытым окном, чтобы пополнить запас кислорода, потребляемого углем или дровами.Вторичные воздухозаборники современных печей сжигают угарный газ.

* Скорость горения. В зависимости от размера и качества конструкции дровяные печи могут нуждаться в дозаправке топливом и уходе два раза в день, а часто и в два раза больше.

Уголь воспламеняется при температуре более чем на 100 градусов выше, чем древесина, и для его запуска требуется горячий слой древесных углей. Будучи намного плотнее древесины, уголь горит устойчивее и дольше. Угольные печи могут требовать обслуживания максимум два раза в день, и они могут гореть более двух дней, прежде чем их нужно будет пополнить, в зависимости от печи.

* Пепел. Древесина дает около 60 фунтов золы на шнур, а остаток можно использовать для огородов.

Антрацитовый уголь образует от 8 до 10 процентов золы на тонну – больше, чем древесина. Пепел не годится для овощей, но его можно использовать для заполнения выбоин и обеспечения сцепления на скользких дорожках.

Могу ли я использовать антрацит в своем камине? – СидмартинБио

Могу ли я использовать антрацит в своем камине?

Большинство дровяных каминов при правильной колосниковой решетке также могут сжигать антрацит.Антрацит — твердый блестящий уголь с высоким содержанием углерода. Он горит дольше, чем древесина, и при более высокой температуре, и поэтому является гораздо более экономичным и энергоэффективным материалом для сжигания.

Сколько времени требуется для воспламенения антрацита?

Воспламенение каждого слоя занимает примерно 5-10 минут. Вся решетка должна быть закрыта, чтобы огонь продолжал гореть, и она должна быть около 8 см в глубину после того, как вы добавили все слои угля. Глубокий слой угля будет гореть лучше, чем мелкий.

Как долго хранится антрацит?

Средняя печь, заполненная 35-50 фунтами антрацитового угля, будет равномерно нагреваться без присмотра более 36 часов! Технологии таких компаний, как Leisure Line Stoves, позволили улучшить простые, но важные вещи, такие как простое и эффективное отопление наших домов.

Горит ли антрацит на открытом огне?

С точки зрения производительности и нагрева антрацит является более качественным углем для домашнего отопления открытым огнем.Хотя антрацит сложнее воспламенить, он горит в течение более длительного периода времени при более высокой температуре, а это означает, что он более эффективно обеспечивает надежное тепло для вашего дома.

Можно ли топить дровами антрацитовый обогреватель?

Об антрацитовых угольных печах Для повышения эффективности в печах этого типа можно сжигать уголь, дрова и/или кукурузу. Когда вы сжигаете и дрова, и уголь, вы получите древесный аромат и приятное тепло.

Легко ли разжечь антрацит?

Еще один небольшой недостаток сжигания антрацита заключается в том, что его немного труднее разжечь, чем обычный уголь.Это потому, что он намного плотнее, а это означает, что ему нужна более высокая температура, чтобы поймать свет. При сжигании антрацита в многотопливной печи всегда начинайте с чистой колосниковой решетки, так как зола может блокировать поток воздуха снизу.

Насколько горяч антрацит?

Температура воспламенения антрацита составляет примерно 900°F, но правильно разогретый угольный огонь может достигать 3500°F и обычно производит от 13 000 до 15 000 БТЕ на фунт, что почти в 2 раза больше БТЕ на фунт древесины.

Как работает антрацитовый обогреватель?

ПЕЧЬ АНТРАЦИТОВАЯ Ваша комната прогревается за два-три часа, создает уютную атмосферу, может гореть весь день и выделяет много тепла. Антрацит разжигает самый жаркий огонь и горит дольше, чем дрова. Они экологичны и полезны там, где нет электричества, а антрацит доступен не везде.

Чисто ли горит антрацитовый уголь?

Антрацитовый уголь, более известный как «каменный уголь». Антрацитовый уголь представляет собой ископаемое топливо с высоким содержанием карбюратора, которое выделяет наибольшее количество тепла из всех доступных ископаемых видов топлива, а низкое содержание серы в антраците делает его чрезвычайно чистым топливом.

Можно ли сжигать антрацит в открытом камине?

Твердое топливо, такое как антрацит, просто не будет гореть на обычном открытом огне или на многих типах закрытых печей.Минеральное топливо вообще не горит в плоских дровяных печах без колосника или с малой подачей воздуха, такие приборы очень эффективно сжигают дрова, но гасят даже горящий уголь.

Где находится антрацит?

Он встречается в основном в восточной части Соединенных Штатов и составляет менее 2 процентов всех запасов угля в стране. Меньшие количества антрацита встречаются в Южной Африке, Австралии, западной Канаде, Китае и других странах.

Где купить антрацит?

Компания Countryside Coal and Wood, расположенная в Майерстауне, штат Пенсильвания, продает антрацитовый уголь.Вы можете выбрать из различных размеров, включая плиту, орех, рис, ячмень и размер гороха. Нашим поставщиком угля является Blaschak Coal Corp. Закажите уголь сегодня!

Где находится антрацит?

Например, большая часть антрацитового угля, добываемого в Соединенных Штатах, добывается в Аппалачах на северо-востоке Пенсильвании. Антрацитовый уголь также можно найти на хребтах вулканов, а иногда и в районах, где обычны сильные землетрясения.

В чем преимущество антрацита?

По сравнению с песком антрацит пропускает больше воды

  • При использовании антрацита меньший перепад давления по сравнению с песчаными фильтрами
  • Антрацит обеспечивает более сильную обратную промывку, чем большинство фильтрующих материалов, что означает, что фильтр легче и быстрее восстанавливать