12 Топливное хозяйство тэс на твердом топливе

Классификация твердых топлив

Твердое топливо – это горючие вещества, основной составной частью которых является углерод. К твердому топливу относят древесину, торф, горючие сланцы, каменный уголь и бурые угли.
Содержание углерода, водорода, кислорода, азота и серы, называемое химическим составом определяет свойства твердого топлива. При сжигании одинаковые количества различного топлива выделяют различные количества тепла. Тогда для оценки теплотворной способности топлив производят определение наибольшего количества теплоты, которое может быть выделено топливом при полном его сжигании в количестве 1 кг. Наибольшей калорийностью обладает каменный уголь.

Рис. 1. Некоторые типы твердого топлива

Как известно из курса теплотехники твердое органическое топливо часто применяют для получения теплоты и других видов энергии с последующим их преобразованием в механическую энергию. Помимо этого из твердых топлив при их соответствующей перегонке (обработке) можно получить более 300 различных химических соединений.

Рис. 2. Дерево это твердое топливо

топливо для печей

Количество тепла, отдаваемого топливом при сгорании, и полнота сгорания топлива напрямую зависят от его свойств и химического состава. Обычно в составе любого топлива содержатся водород, углерод, кислород, минеральные добавки и вода в свободном состоянии. По поводу содержания воды в том или ином продукте горения стоит отдельно сказать несколько слов. Многие уверены, что сухое топливо – это материал, не имеющий в своем составе жидкости в принципе. Смеем вас заверить, что эта уверенность заведомо ложная: даже самая сухая древесина содержит 8–10% (по массе) воды, не говоря уже о торфе или углях. В процессе горения углерод соединяется с водородом, реакция протекает с выделением большого количества тепла. Как и в любой химической реакции, в процессе горения получаются конечные продукты, по большому счету их два. Газообразные – углекислый газ, который при утечке может представлять серьезную опасность для здоровья (именно отсюда берет свои корни термин «угореть»), и пары воды с азотом воздуха, которые не принимают участия в горении. Газообразные продукты горения проходят по внутренним каналам печи и улетучиваются через дымовую трубу, при этом они захватывают с собой некоторые твердые частицы, например сажу. В совокупности их называют дымом. Твердые – главным образом угли, сажа и зола, проходя через колосниковую решетку, попадают в зольник, т. к. уже не принимают участия в горении и, оставаясь в топке, даже могут совсем его прекратить. Некоторые твердые мельчайшие частицы не улетучиваются и не попадают в зольник. Они проникают в материалы, из которых создана печь, или оседают на стенах дымовых каналов, засоряя их. Именно поэтому трубы и дымовые каналы время от времени нуждаются в чистке. Количество тепла, выделенного в процессе горения, зависит еще и от степени сгорания топлива: чем полнее сгорание, тем больше будет тепла. Но в бытовой печи не может полностью сгореть ни одно топливо. Однако степень сгорания можно максимально увеличить, для этого нужно обеспечить своевременное извлечение из топки продуктов реакции горения и создать хороший приток воздуха, т. к. без содержащегося в нем кислорода горение прекратится.Ремонт своми руками будет непрост. Первое условие выполняется за счет наличия колосниковой решетки, через которую, как было сказано выше, твердые продукты реакции горения уходят из топки в зольник. Что касается притока воздуха, то нужно лишь правильно расположить поддувальную дверку и выложить дымовую трубу нужной высоты, тогда эффект тяги даст достаточно воздуха для полноценного сгорания топлива. Но правильная конструкция печи – это еще не все. Количество тепла напрямую зависит от типа и качества используемого топлива. Разное топливо при сгорании одинаковой массы будет выделять разное количество тепла. Способность топлива выделять тепло при сгорании называется теплотворной способностью. Теплотворные способности некоторых видов топлива показаны в таблице 2. Таблица 2. Теплотворные способности некоторых видов топлива

Конечно, самым распространенным топливом для домашних печей и кухонных очагов считаются дрова, т. е. древесина. Теплотворная способность дров зависит от степени их высыхания и породы древесины, из которой они заготавливались. Так, дубовые, березовые, буковые или кленовые дрова дают тепла гораздо больше, чем, к примеру, сосновые, осиновые или ольховые. Правильно высушенные дрова легко разгораются, почти не дымят (исключение – смолосодержащие породы – такие, как сосна, ель) и дают мало золы. Как вы, наверное, уже поняли, продуктов горения у таких дров получается меньше, поэтому они выделяют большее количество тепла. Иногда бывает проще добывать и использовать для отопления торф. Торф – это перегнившие остатки сухих растений, залегающие в почве пластами. По способу добычи и использования торф классифицируется на: – резной; – кусковой; – прессованный (в виде брикетов); – фрезерный (в виде крошки). Самый ценный и удобный в использовании – прессованный торф. Брикеты имеют очень высокую плотность, поэтому при малых объемах топлива, что удобно при хранении, можно получить большое количество тепла. Влажность торфа колеблется от 20 до 40% в зависимости от степени усушки и способа обработки после его добычи. По теплотворным способностям торф приближается к древесине, но имеет более высокую зольность. Каменный уголь – это соединение углерода, кислорода и водорода в твердом состоянии. Он значительно дороже и сложнее в плане добычи и обработки, чем древесина или торф, но имеет высокую теплотворную способность. Уголь бывает нескольких видов, и под каждый из них существуют соответствующие печи, но в любом случае необходима колосниковая решетка. Сгорая, топливо отдает часть тепловой энергии печи, нагревая ее элементы, часть же уходит вместе с дымом в атмосферу. Но для качественного обогрева помещения, помимо использования хорошего топлива, нужно проследить, чтобы печь имела высокую аккумулирующую способность. Аккумулирующая способность печи – это способность ее рабочих поверхностей накапливать и долгое время держать тепло, постепенно отдавая его в окружающее пространство (комнату). При плохой аккумулирующей способности печи придется постоянно ее топить, что повлечет за собой неудобство во временном графике хозяина, сокращение срока эксплуатации печи и сильный перерасход топлива. Следующий важный параметр печи – это теплоотдача – количество тепла, отдаваемого печью в окружающее пространство за единицу времени. Этот параметр важен прежде всего при планировании непосредственно перед постройкой. Теплоотдача печи зависит от ее размеров, толщины стенок, материалов, из которых выполнена печь, и т. д. В основном при планировании конструкции печи стоит учитывать, что горячие газы будут двигаться вверх, прижимаясь к верхним стенкам дымовых каналов. Порог, поставленный внизу, на движение горячего дыма существенно не повлияет, порог же, расположенный на верхней стенке дымоотводного канала, будет удерживать газы и накапливать их до нужного предела. В свою очередь, горячие газы, задерживаясь в каналах, будут отдавать последним большее количество тепла.

Каменный уголь

Каменный уголь – это уголь с высокой степенью обугливания и высшей теплотворной способностью более 24 МДж/кг (5700 ккал/кг) на беззольной, но влажной основе и с коэффициентом отражения витринита 0,5 и более.

Рис. 3. Каменный уголь

К каменному углю относят не осажденный шлам, не классифицированные. Образование каменных углей в основном протекало в палеозое, преимущественно в каменноугольном периоде, а это более 300 миллионов лет тому назад.

Как и древесина, химический состав каменного угля представлен смесью углерода, водорода, кислорода, азота, серы, а также воды и летучих веществ с небольшими количествами минеральных примесей. Минеральные примеси не подвержены горению и при сжигании угля образуют золу. Каждый из добываемых углей отличается соотношением слагающих их компонентов, что влияет и на их теплотворную способность. Ряд органических соединений, входящих в состав каменного угля, обладает канцерогенными свойствами.

Рис. 4. Расколотый кусок каменного угля

Для образования угля необходимо обильное накопление растительной массы. Начиная с девонского периода в торфяных болотах, накапливалось органическое вещество, из которого без доступа кислорода формировались ископаемые угли. Большинство промышленных месторождений ископаемого угля относится к девонскому периоду, хотя существуют и более молодые месторождения. Возраст самых древних углей оценивается примерно в 350 миллионов лет.

Каменный уголь к первым ископаемым топливам которые начали широко применяться человеком. Применение каменного угля в промышленности для получения энергии позволило сделать большой шаг вперед. Данный уголь формировался как осадочная порода, за счет естественного разложения древних растений. Каменный уголь состоит из огромного количества углерода. Содержание углерода в несколько раз выше по сравнению с бурыми углями. Кроме того в каменном угле содержатся летучие вещества с низким содержанием золы. Наиболее эффективным альтернативным видом переработки каменного угля является его газификация. В ходе газификации из угля получают оксид углерода и водород, затем с помощью каталитических реакций получают жидкое топливо. Для получения одной тонны нефтеподобной жидкости обычно необходимо газифицировать 2-3 тонны каменного угля. Также каменный уголь является основным сырьем для выработки графита.

Промышленным способом из каменного угля извлекают серу, цинк, германий, свинец, ванадий. В производстве керамики, строительных материалов, абразивов применяется отходы добычи и переработки углей, а также зола, оставшаяся после их сжигания. Чтобы использование угля носило рациональный характер, из него удаляют минеральные примеси, то есть, производится обогащение угля. Кокс и уголь используется в металлургии в процессе выплавки железа. Кроме этого, каменный уголь используется и в металлургии, при производстве стали и чугуна. Каменный уголь имеет наибольшую стоимость за тонну готовой продукции. Связанно это в первую очередь с его калорийностью и малой зольностью. Также каменные угли довольно часто применяют для отопления домов.

Мы видим, что каменный уголь применяют практически во всех сферах жизнедеятельности. Данное обстоятельство говорит о том, что добыча каменного угля будет продолжаться еще долгое время.

На счет перспектив развития промышленности по добыче каменного угля во всем мире не так однозначны. Нет также и одной выбранной всеми странами доктрины по переработке каменных углей. Стратегии по добыче и переработке углей разрабатываются и принимаются каждой страной в отдельности и зависят от условий, уровня рентабельности разработки угольных месторождений, геологических запасов, экологических ограничений, места и роли угля в топливно-энергетическом балансе, степени интеграции экономики страны в региональные и мировые структуры и прочее.

Рис. 5. Добыча каменного угля

В ряде стран благодаря благоприятным геологическим условиям эксплуатации месторождений угольная промышленность является высокорентабельной отраслью и служит важным источником доходов государственных бюджетов. Речь идет о таких странах, как США, Австралия, ЮАР, Канада, Индонезия, Колумбия. Вместе с тем есть немало стран, где развитая в прошлом угледобывающая отрасль под давлением конкуренции признана экономически целесообразной, в результате чего добыча угля прекращена, несмотря на значительный рост зависимости большинства из этих стран от внешних поставок энергоресурсов. Так произошло в Бельгии, Голландии, Ирландии, Португалии, Франции, Японии.

Преимущества и недостатки

Торфяные брикеты для отопления обладают рядом неоспоримых преимуществ, а именно:

• безопасность использования – не образуются искры, при сгорании не происходит выделение канцерогенных и токсичных испарений;
• горючие качества торфяного топлива сохраняется на протяжении нескольких лет;
• торфяные бруски – натуральный биопродукт с минимальными добавками;
• хранение требует значительно меньшей площади по сравнению с традиционными видами топлива (уголь, дрова);
• оптовое приобретение торфобрикетов гораздо дешевле, чем покупка солярки, газа, каменного угля;
• теплотворная способность брикетов из торфа занимает промежуточное положение между древесиной и черным углем.

Но один недостаток все же существует. Это – легкая воспламеняемость. Поэтому в целях пожарной безопасности торфяное топливо категорически запрещается оставлять рядом с огнем или отопительными приборами.

Бурый уголь или лигнит

Бурый уголь или лигнит – это уголь с низкой степенью обугливания, сохранивший анатомическую структуру растительного вещества, из которого он образовался. Данный уголь имеет высшую теплотворную способность менее 24 МДж/кг (5700 ккал/кг) на беззольной, влажной основе. Его коэффициент отражения витринита менее 0,5.

Суббитоминозный уголь, или бурый уголь – горючее полезное ископаемое, ископаемый уголь 2-й стадии метаморфизма (переходное звено между лигнитом и каменным углем), получается из лигнита или напрямую из торфа.

Рис. 6. Десятитонный кусок бурого угля в Музее бурого угля в Японии

Классификация ископаемых углей довольно запутана, например, в Англии и Евросоюзе используют термин лигнит (которой считается синонимом бурого угля), а в Америке понятия бурый уголь и лигнит выделяются отдельно и очень четко. На территории России синонимом бурого угля является такое понятие как лигнит. В основном данный тип углей называют бурым углем также к этой категории относят и лигнит высокой степени углефикации (ВСУ) и не учитывая суббитуминозные угли высокой степени углефикации, последние угли уже классифицируют как каменный уголь.

Рис. 7. Наиболее типичный внешний вид бурого угля

Использование бурого угля в России и многих других странах для большой энергетики в качестве топлива значительно уступает использованию каменного угля. Однако низкая стоимость делает его привлекательным для сжигания в мелких и частных котельных, где доля его использования в среднем составляет до 80 %. Сжигание бурого угля осуществляется в пылевидном (при хранении бурый уголь высыхает и рассыпается) и кусковом видах в слое. Основным энергетическим топливом на тепловых электростанциях Греции и особенно Германии бурый уголь используется для выработки электроэнергии. Так в Греции на таких станциях вырабатывается до 50 % электроэнергии, 24,6 % – в Германии.

Набирает обороты и производство жидких углеводородных топлив из бурого угля посредством перегонки. После перегонки остаток годится для получения сажи. Из него извлекают горючий газ, получают углещелочные реагенты и монтан-воск (горный воск). В небольших количества монтан-воск применяют для изготовления поделок.

Если говорить о стабильности рынка в отношении энергетических углей, то он достаточно стабилен. В связи с чем увеличения объема продаж бурого вряд ли ожидаются. Наряду со стабильной ситуацией в энергетике возник недостаток металлургических топлив и коксовой продукции. И поэтому сейчас многие ресурсы направлены на выработку технологий по переработке бурых углей в готовый продукт для нужд металлургиии. Такая переработка в перспективе будет экономически обоснована, потому как стоимость коксовой продукции в несколько раз дороже рядового угля.

Рис. 8. Установка, генерирующая электричество из бурого угля

В мире карбонизацией бурых углей уже долгие годы занимаются два предприятия: комбинат «Райнбраунколе» мощностью 210 тыс. т/год кокса в Германии и мощностью 80 тыс. т/год. Разработанные в 30-е годы прошлого столетия и затем усовершенствованные технологии , отличаются чрезвычайно высокой капиталоемкостью. Данные аспект делает недоступным покупку импортных технологий и оборудования.

В России данной тематикой занимается достаточно большое число научных коллективов, имеются и технологические разработки на тему термического облагораживания бурого угля. Но в большинстве случаев данные исследования выполняются только на уровне лабораторных

установок. Известно, что путь от лабораторной установки до коммерческого предприятия с надежной технологией проходят только 5 % от всех разработок. Обусловлено это большими инвестициями и большим сроком апробации, отдача от которых вернется очень нескоро.

Теплотворность твердых материалов

К этой категории относится древесина, торф, кокс, горючие сланцы, брикетное и пылевидное топливо. Основная составная часть твердого топлива — углерод.

Особенности разных пород дерева

Максимальная эффективность от использования дров достигается при условии соблюдения двух условий — сухости древесины и медленном процессе горения.

Идеальными для дровяного печного отопления считаются дубовые, березовые, ясеневые бруски. Хорошими показателями характеризуется боярышник, лещина. А вот у хвойных пород теплотворность низкая, но высокая скорость горения.

Как горят разные породы:

1. Бук, березу, ясень, лещину сложно растопить, но они способны гореть сырыми из-за низкого содержания влажности.
2. Ольха с осиной не образуют сажи и «умеют» удалять ее из дымохода.
3. Береза требует достаточного количества воздуха в топке, иначе будет дымить и оседать смолой на стенках трубы.
4. Сосна содержит больше смолы, чем ель, поэтому искрит и горит жарче.
5. Груша и яблоня легче других раскалывается и отлично горит.
6. Кедр постепенно превращается в тлеющий уголь.
7. Вишня и вяз дымит, а платан сложно расколоть.
8. Липа с тополем быстро прогорают.

Рекомендуем: Мембранный бак для отопления: как установить расширительный бачок в отопительной системе, отличия от гидроаккумулятора, устройство и принцип работы, расчёт объёма и установка

Показатели ТСТ разных пород сильно зависят от плотности конкретных пород. 1 кубометр дров эквивалентен примерно 200 литрам жидкого топлива и 200 м3 природного газа. Древесина и дрова относятся к категории с низкой энергоэффективностью.

Влияние возраста на свойства угля

Уголь является природным материалом растительного происхождения. Добывается он из осадочных пород. В этом топливе содержится углерод и другие химические элементы.

Кроме типа на теплоту сгорания угля оказывает влияние и возраст материала. Бурый относится к молодой категории, за ним следует каменный, а самым старшим считается антрацит.

Процесс горения угля сопровождается выделением веществ, загрязняющих окружающую среду, колосники котла при этом покрываются шлаком. Еще один неблагоприятный фактор для атмосферы — наличие серы в составе топлива. Этот элемент при соприкосновении с воздухом трансформируется в серную кислоту.

Производителям удается максимально снизить содержание серы в угле. В результате ТСТ отличается даже в пределах одного вида. Влияет на показатели и география добычи. Как твердое топливо может использоваться не только чистый уголь, но и брикетированный шлак.

Наибольшая топливная способность наблюдается у коксующегося угля. Хорошими характеристиками обладает и каменный, древесный, бурый уголь, антрацит.

Характеристики пеллет и брикетов

Это твердое топливо изготавливается промышленным способом из различного древесного и растительного мусора.

Измельченная стружка, кора, картон, солома пересушивается и с помощью специального оборудования превращается в гранулы. Чтобы масса приобрела определенную степень вязкости, в нее добавляют полимер — лигнин.

Брикеты отличаются только формой, их можно загружать в печи, котлы. Оба типа горючего делятся на виды по сырью: из кругляка, торфа, подсолнечника, соломы.

У пеллет и брикетов есть существенные преимущества перед прочими разновидностями топлива:

• полная экологичность;
• возможность хранения практически в любых условиях;
• устойчивость к механическим воздействиям и грибку;
• равномерное и длительное горение;
• оптимальный размер гранул для загрузки в отопительное устройство.

Экологичное топливо — хорошая альтернатива традиционным источникам тепла, которые не возобновляются и неблагоприятно действуют на окружающую среду. Но пеллеты и брикеты отличаются повышенной пожароопасностью, что стоит учитывать при организации места хранения.

При желании, можно наладить изготовление топливных брикетов собственноручно, подробнее – в этой статье.

Торф

Торф (нем. Torf) – это горючее полезное ископаемое; образовано скоплением остатков мхов, подвергшихся неполному разложению в условиях болот. Для болота характерно отложение на поверхности почвы неполно разложившегося органического вещества, превращающегося в дальнейшем в торф. Слой торфа в болотах не менее 30 см, (если меньше, то это заболоченные земли).

Рис. 9. Торфяной среднеразложившийся горизонт дерново- подзолистой грунтово-оглеенной почвы

Торф отличается от почвенных образований содержанием органических соединений, их количество в торфе составляет не менее 50 % по отношению к абсолютно сухой массе. В 30-50 гг. прошлого столетия торф активно применяли в энергетике и для выработки газа, а также для отопления домов.

Применение торфа как топлива обусловлено его составом: большим содержанием углерода, малым содержанием серы, вредных негорючих остатков и примесей. По сути, это молодой уголь.

Основными недостатками торфа является низкая теплотворная способность, а также трудность его сжигания, что обусловлено большим содержанием влаги (до 65%).

Преимуществами торфяного топлива являются:

• экологическая чистота сгорания (малая доля серы);
• полное горение (малый остаток золы);
• низкая себестоимость производства;
• появившиеся новые технологии сжигания.

Рис. 10. Торф в руке

В ходе маркетингового исследования «Российский рынок органических удобрений: итоги 2011 г., прогноз 2012-2013 гг.», проведенного NeoAnalytics выяснилось, что производство торфа для сельского хозяйства ожидают большие перспективы. Это можно характеризовать тем, что торфяная промышленность пришла в упадок. Так в период с 1990 по 2011 год добычи торфа сократились более чем в 20 раз, большинство предприятий, связанных с добычей и переработкой торфа, прекратили деятельность, на других, действующих в настоящее время предприятиях, оборудование физически и морально устарело. Разрабатываемые ранее залежи торфа зарастают, что удорожает добычу торфа, или возвращены в гослесфонд как не используемые.

Рис. 11. Свойства и области применения торфа

Рис. 12. Добыча торфа

Если сравнивать показатели добычи торфа, то легко заметить ее снижение. Так в 2011 году было произведено 128 тыс. тонн торфа для сельского хозяйства, что почти в 30 раз меньше добычи в 1998 году (3834 тыс. тонн). Запасы торфа по экономическим районам России распределены следующим образом: более половины запасов (51%) торфа расположено в Западно-Сибирском районе, затем на втором месте идет – Северный регион (18%), на третьем месте – Дальневосточный (13%). Наименьшие запасы торфа находится в Центральном экономическом районе, порядка 2 %.

Торф относят к возобновляемым природным ресурсам.

Используют его в основном в энергетике и сельском хозяйстве.

Более 65 % добываемого торфа поставляется для нужд сельского хозяйства. В целом торфяные ресурсы в мировом масштабе оцениваются более 400 млн. гектаров. Из них 162,7 млрд. тонн при влажности в 40 % расположены на территории Российской Федерации.

Рис. 13. Торф в сельском хозяйстве

Брикетное топливо

Брикетное топливо – это еще одно назначение каменноугольных брикетов. Брикетирование происходит путем спекания угольных или торфяных частиц, под действием температуры и давления, в брикеты правильной формы. Для лучшей спекаемости угольных частиц в угольные брикеты при их производстве добавляют связующие.

Торфяные брикеты – это готовый к сжиганию продукт, изготавливаемый из сырого торфа с добавлением связующих веществ или без них, последующей сушкой и обработкой высоким давлением.

Рис. 14. Торфяные топливные брикеты

Буроугольные брикеты – изготавливают из бурого угля и лигнита. Их спекание производят под высоким давлением без добавления связующих веществ после предварительного дробления и сушки с образованием брикетов правильной формы.

Экологически чистое топливо.

Сейчас широкое распространение получают евродрова ( топливные брикеты из прессованных опилок, стружек, древесной пыли). Евродрова можно использовать в печах любого строения, для отопления котлов и каминов. Для древесных брикетов характерно ряд преимуществ перед обычными дровами. Среди главных преимуществ это высокая теплоотдача, удобное размещение, отсутствие сажи и дыма, легкость и безопасность в использование.

Наиболее известным и используемым видом топливных брикетов являются товары из прессованного дегидрированного торфа. Хотя онии уступают евродровам по теплоотдачи, однако у них есть преимущество в длительности периода горения, примерно 5-8 часов, в зависимости от системы используемого печного отопления. Они также быстро разжигаются и при хранение занимают минимум места.

Есть еще очень важная особенность евродров и очищенных торфяных брикетов. Продукты их горения можно впоследствии использовать в качестве удобрения(золы), так как в них практически отсутствуют вредные примеси

Кокс

Кокс – это твердый остаток, получаемый путем сухой перегонки каменного угля или лигнита при полном отсутствии доступа воздуха (карбонизация).

Различают каменноугольный, буроугольный и газовый кокс.

6.1 Кокс каменноугольный

Кокс каменноугольный (от нем. Koks и англ. coke) – это твѐрдый пористый продукт серого цвета, получаемый путѐм коксования каменного угля при температурах 950-1100 °С без доступа воздуха. Кокс содержит 96-98 % С, остальное Н, S, N, O. Пористость 49-53 %, истинная плотность 1,80-1,95 г/см³, кажущаяся плотность ≈ 1 г/см³, насыпная масса 400-500 кг/м³, зольность 9-12 %, выход летучих веществ 1 %. Влажность при тушении водой и инертным газом соответственно 2-4 % и не более 0,5 %. Предел прочности при сжатии 15-25 МПа, при срезе (характеризует устойчивость к истиранию) 6-12 МПа, теплота сгорания 29-30 МДж/кг.

Рис. 15. Кокс каменноугольный

Для выплавки чугуна в основном применяют каменноугольный кокс как высококачественное бездымное топливо или по-другому доменный кокс, также его применяют как восстановитель железной руды и разрыхлитель шихтовых материалов. Также каменноугольный кокс используют как ваграночное топливо в литейном производстве (литейный кокс), для бытовых целей (бытовой кокс), в химической и ферросплавной отраслях промышленности (специальные виды кокса).

Доменный кокс выпускают с размером кусков не менее 25- 40 мм, наличие мелочи должно составлять не более 3% (куски до 25 мм и не более 2-3 % для кусков больше 80 мм.

Литейный кокс, если рассматривать его по размерам кусков, то окажется что он крупнее доменного. Он также более пригоден как продукт, в котором присутствуют куски менее 60-80 мм. Главное чем отличается литейный кокс от доменного является то, что в нем содержится очень мало серы, менее 1 % против 2 % в доменном коксе.

При производстве ферросплавов активно применяют кокс мелких фракций порядка 10-25 мм. Применяемые коксы обладают высокой степенью реакционной способности. Если говорить о прочности кокса то эти требования менее строгие, чем, например, к доменному или литейному коксу.

Рис. 16. Доменный процесс

Наиболее лучшим коксом для любого типа производства является прочный, малозольный кокс с низким содержанием серы и малым количеством мелких фракций.

В современном мире производство каменноугольного кокса составляет около 550-650 млн. т/год. Больше половины от этого объема производится в КНР (60-70 % мирового производства).

6.2 Газовый кокс

Газовый кокс – это побочный продукт переработки угля, используемого для производства искусственного газа на газовых заводах, и печной кокс, к которому относятся все другие виды кокса, получаемые из каменного угля.

6.3 Буроугольный кокс

Буроугольный кокс – это твердый продукт, получаемый путем карбонизации буроугольных брикетов.

Рис. 17. Частицы угля в буроугольном коксе

Сегодня основными потребителями буроугольных коксов являются черная и цветная металлургия. Здесь его используют в качестве восстановителя или технологического топлива для агломерации, и изготовления ферросплавов, в качестве отощающей добавки в производстве металлургического кокса и основного наполнителя при изготовлении коксобрикетов. Изготовленные коксоугольные брикеты применяют как бытовое топливо. Основные наполнители такого кокса это тяжелая или суммарная смола и полукокс. Полукоксы активно используются и для их газификации с получением горючего газа и в некоторых химических производствах.

Теплотворная способность различных видов топлива. Сравнительный анализ

(рис. 14.1 – Теплотворная способность топлива)

Обратите внимание на теплотворную способность (удельную теплоту сгорания) различных видов топлива, сравните показатели. Теплотворная способность топлива характеризует количество теплоты, выделяемое при полном сгорании топлива массой 1 кг или объёмом 1 м³ (1 л). Наиболее часто теплотворная способность измеряется в Дж/кг (Дж/м³; Дж/л). Чем выше удельная теплота сгорания топлива, тем меньше его расход. Поэтому теплотворная способность является одной из наиболее значимых характеристик топлива. Удельная теплота сгорания каждого вида топлива зависит:

• От его горючих составляющих (углерода, водорода, летучей горючей серы и др.).
• От его влажности и зольности.

(рис. 14.2 – Удельная теплота сгорания)

Согласно таблице «Удельная теплота сгорания различных энергоносителей, сравнительный анализ расходов», пропан-бутан (сжиженный углеводородный газ) уступает в экономической выгоде и перспективности использования только природному газу (метану). Однако следует обратить внимание на тенденцию к неизбежному росту стоимости магистрального газа, которая на сегодняшний день существенно занижена. Аналитики предрекают неминуемую реорганизацию отрасли, которая приведёт к существенному удорожанию природного газа, возможно, даже превысит стоимость дизельного топлива. Таким образом, сжиженный углеводородный газ, стоимость которого практически не изменится, остаётся исключительно перспективным – оптимальным решением для систем автономной газификации.

Горючий сланец

Горючий сланец – это осадочная порода с высоким содержанием органического вещества (керогена), которое может быть преобразовано в сырую нефть или газ путем нагревания.

Горючий сланец полезное ископаемое из группы твердых каустобиолитов, дающее при сухой перегонке значительное количество смолы (близкой по составу к нефти). Образование сланцев в основном происходило 450 миллионов лет тому назад на дне моря из растительных и животных остатков.

Горючий сланец состоит из преобладающих минеральных (каолинит, кальцит, монтмориллонит, кварц, полевые шпаты, доломит, гидрослюды, пирит и др.) и органических частей (кероген), последняя составляет 10-30 % от массы породы и только в сланцах самого высокого качества достигает 50-70 %. Органическая часть является био- и геохимически преобразованным веществом простейших водорослей, сохранившим клеточное строение (талломоальгинит) или потерявшим его (коллоальгинит); в виде примеси в органической части присутствуют измененные остатки высших растений (витринит, фюзенит, липоидинит).

Рис. 18. Кукерсит (горючий сланец).

Горючие сланцы – это порода смешанного обломочного и органогенного происхождения; образуются на дне морей, лагун, озер при одновременном осаждении глинистых частиц, карбонатного вещества и сапропелевого ила с органическими остатками (планктон, высшие растения) в условиях ограниченной циркуляции воды и воздуха. Скопившаяся органическо- минеральная масса постепенно уплотняется и преобразуется в плотную осадочную породу.

Горючие сланцы зарекомендовали себя в первую очередь как очень ценное энергетическое сырье. Их применяют и в качестве топлива, а также в различных отраслях: химической промышленности, сельском хозяйстве и дорожном строительстве, в энергетике, при производстве строительных материалов. Особую ценность представляет сланцевая смола. Ее используют как сырье для изготовления жидкого топлива, а также различных ценных химических продуктов (олифы, серы, ядохимикатов, красок). Также из горючих сланцев иногда получают синтетическую нефть. Они также содержат значительные концентрации радиоактивных и редкоземельных элементов.

Данные породы делятся, в частности, на горючие, глинистые и кристаллические. Ежедневный спектр применения сланцев весьма велик. Например, сланцевые породы используют для производства огнестойкого сырья, в строительстве для внешней отделки, к этой же породе относится и известная всем черепица.

Сланцевый газ, добывают из пород, залегающих на большой глубине. В основном такой газ храниться в сланцах, которые имеют пористую структуру. Содержание газа в сланцах небольшое и храниться он там мелкими в промышленном понимании порциями. Таким образом, при выкачивании газа из сланцевых пород в него попадает множество примесей. Сегодня содержание метана в добываемом газе варьируется от 30 до 70 %. Это обстоятельство говорит о необходимости в и без того сложном процессе добычи газа производить очистку газа. Поэтому для добычи недорогого, но при этом чистого газа стремятся разрабатывать залежи газа по форме напоминающих пузыри.

По данным международного энергетического агентства IEA и независимой консалтинговой компании в области энергетики ARI на июнь 2013 крупнейшие запасы сланцевого газа находятся в США – около 32,875 миллиардов кубометров. На втором месте находится Китай – там по оценкам экспертов сконцентрировано 31,573 миллиардов кубометров. В Европе значительные запасы сланцевого газа обнаружены в Австрии, Великобритании, Венгрии, Германии, Швеции, Украине и Польше. Россия в этом рейтинге занимает лишь 9 место, зато с большим отрывом лидирует в списке обладателей сланцевой нефти.

Рис. 19. Схема добычи сланцевого газа

Сегодня добычу сланцевого газа запретили в ряде стран Европы путем введения моратория. Обусловлено это заботой об окружающей среде. Россия так же заявила, что не собирается начинать освоение сланцевого газа в ближайшие десятилетия. США наоборот уже несколько дет ведет добычу сланцевого газа. Мировые запасы сланцевого газа на сегодняшний день оцениваются как 220,729 миллиардов кубометров.

Битуминозные пески

Битуминозные пески – это пески или песчаники (битумы) с высоким содержанием смолистых углеродов, способные выделять нефть при нагревании или других процессах извлечения.

К битуминозным пескам относят и другие виды сырой нефти, а также густых вязких нефтяных продуктов с большой плотностью и вязкостью. Данные битумы или правильнее битуминозные пески не могут быть добыты традиционным способом добычи нефти, т. е. путем естественного фонтанирования или откачки. Причина этого кроется как раз в их плотности и вязкости. Для их добычи стремятся снизить их вязкость с помощью нагревания, содержащих их твердых пород, и тем самым отделить их. Кроме того, применяют и много других специальных способов добычи нефти из битуминозных песков.

Тяжелые виды сырой нефти также относят к категории твердых топлив. Параметром, разграничивающим сырую нефть и битумы, является показатель их вязкости. Если говорит о разграничении сверхтяжелой сырой нефти, тяжелой сырой нефти и другими видами нефти необходимо оценивают их плотность.

Рис. 20. Фото битуминозных песков

Нефтяные пески Венесуэлы и Канады содержат большие запасы нефти около 3400 млрд. баррелей. Разработка данных залежей производится в основном карьерным или шахтным способом. Сегодня такие ведущие компании как Shell и BP до сих пор не способны предложить технологию, которая позволила бы добывать большие объемы нефти из нефтяных песков. Однако это не останавливает их в поисках и они до сих пор продолжают свои исследования.

Запасы нефти в битуминозных песках Альберты (Канада) и в Ориноко (Венесуэла) составляют соответственно 1,7 и 2,0 трлн. баррелей, в то время как мировые запасы обычной нефти на начало 2006 года оценивались в 1,1 трлн. баррелей. Добыча нефти в 2006 из битуминозных песков Альберты составила 1,126 Мб/д (млн. баррелей в день). Добыча нефти из битуминозных песков Ориноко составляет 0,5 Мб/д. Вся мировая добыча нефти составляет около 84 Мб/д. Таким образом, хотя запасы битуминозных песков огромны, добыча нефти из них в обозримом будущем (согласно нынешним прогнозам) будет удовлетворять всего несколько процентов от мировых потребностей нефти. Проблема в том, что нынешние технологии добычи нефти из битуминозных песков требуют большого количества пресной воды.

Технология

Самым подходящим сырьем для изготовления торфобрикетов является низовой торф, не имеющий в своем составе побочные примеси и состоящий из мелкодисперсных частиц.

Топливные кирпичики из такого низового торфяника получаются высококалорийными и наиболее плотными темно-коричневого, почти черного цвета.

Технология изготовления торфяного топлива довольно проста и заключается в следующем:

• посредством фрезерования верхнего пласта каустобиолита добывается торфокрошка;
• при помощи сушки и ворошения измельченное сырье доводится до требуемого влагосодержания;
• далее подсушенная продукция складируется в штабеля.

Следующим производственным этапом является досушивание полуфабриката до 9-12-ти процентной влажности. Затем сырье подвергается сепарированию и отправляется для брикетирования на пресс. Высокое давление и температурный режим в 200-350 градусов Цельсия способствуют оплавке заготовок, повышая их прочность.

В результате получается торфяной брикет с определенными параметрами:

• размер брикета – 150 х 70 х 60 мм;
• массовая доля серы – в пределах 0,2 %;
• содержание зольных примесей – не более 15 %;
• нормативная влажность – в пределах 18 %;
• теплотворная способность – от 4500 Ккал/кг.

Такое брикетированное топливо пользуется популярностью у частников и используется в печах и котлах с регулируемой подачей воздуха. А зола, полученная в результате сгорания торфяных брикетов, по отзывам садоводов-любителей, является идеальным минеральным удобрением с высоким содержанием калия и фосфора.

О котельной в частном доме Вы можете прочитать в этой статье.

Помимо фрезерного способа добычи торфосырья существует и менее затратный, и простой прием заготовки кускового торфа. При помощи специального навесного оборудования на трактор прессовка происходит в местах разработки верхового торфяника.