ТЕПЛОФИЗИКА ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

Минеральные примеси

Присутствие в углях минеральных примесей снижает их теп­лоемкость, так как теплоемкость большинства минеральных соединений, присутствующих в качестве примесей в углях, зна­чительно ниже теплоемкости органической массы углей.

На рис. 35 изображены температурные зависимости средней удельной теплоемкости некоторых материалов в интервале 0— 1000° С. Путем сопоставления Н. Киров [77] установил, что средние теплоемкости этих материалов довольно близки и в большинстве случаев они с повышением температуры линейно растут от 0,17—0,2 до 0,24—0,26 ккал/(кг-°С), что позволило ему предложить для расчета теплоемкости минеральных при­месей углей линейное уравнение

Са = 0,18 + 7-10-57 ккал/(кг-° С), р/Ш. З)

Дающее несколько лучшие результаты, нежели известное урав­нение Л. И. Гладкова и А. Н. Лебедева [78], выведенное для интервала 0—500° С

Са = 0,17+12-10~57', ккал/(кг-0 С). р/П1.4)

Теплоемкость глинозема АЬОз, содержание которого в ми­неральной части углей бывает значительным, существенно от­личается от теплоемкости большинства других неорганических соединений. Для уточнения температурной зависимости тепло­емкости минеральных примесей отечественных углей авторами были выполнены определения истинной и эффективной тепло­емкости золы и минеральных примесей углей Донбасса в ин­тервале 20—1000°С [79].

Для получения пробы минеральных примесей, характерной для Донбасса в целом, были смешаны в равных количества^, отходы обогащения пяти углеобогатительных фабрик. Затем проба была озолена (табл. VII 1.4).

Рис. 35. Средняя удель­ная теплоемкость неко­торых материалов:

/ — расчет по уравнению (VIII.4); 2 — то же, (VIII.3);

3 TOC o "1-5" h z — MgO; 4 — АЬ03; 5 —

Клинкер портландцемента; в — доменный шлак: 7 —

Si02 : 8— 50% РвгОз+

+50% Fe304+CaCO3; 9 —

CaO; 10 — огнеупорный кир­пич; // —зола каменного угля: 12 — зола бурого уг­

Ля; 13—зола кокса

О

Результаты определения теплоемкости обеих проб приведе­ны в табл. VIII. 5. Теплоемкость золы линейно растет с повы­шением температуры лишь до 400—450° С; при более высокой температуре эта зависимость отклоняется от линейной. Обра­ботка экспериментальных данных по теплоемкости золы пока­зала, что с погрешностью менее 1 % ее температурная зависи­мость описывается уравнением

С а = 0,168+2,07 • 10~47'-7,52 • 10"11Р, ккал/ (кг •0 С). (VI11.5)

На рис. 36 изображена температурная зависимость эффек­тивной теплоемкости минеральных примесей. Максимум Сэф при температуре 600° С обусловлен значительным эндотерми­ческим эффектом разложения глинистых минералов и пирита.

Рис. 36. Температурная зависимость эффективной теплоемкости минераль­ных примесей углей Донбасса

Относительно низкие значения эффективной теплоемкости в ин­тервале 700—900° С объясняются экзотермическими реакциями поликонденсации присутствующего в примесях угля.

Полученные данные с небольшой погрешностью могут быть распространены на угли других бассейнов, что позволяет рас­считывать теплоемкость сухого угля, содержащего минераль­ные примеси, по формуле

Су = С0Рг(1-Мс)+СмМ‘, (VIII.6)

Где Сорг — теплоемкость органической массы угля; С„ — тепло­емкость минеральных примесей; Мс — содержание примесей в 122

Угле. С равным успехом формулу (VIII. 6) можно применять для подсчета теплоемкости органической массы.

На рис. 37 показана температурная зависимость эффектив­ной теплоемкости угля марки К ш. № 6-6 «Брянка» с искус­ственно подобранной зольностью, а также породы зольностью 81%, выбранной вручную из фракции плотностью выше 1400 кг/м3, и рядового угля марки Ж ЦОФ «Суходольской» зольностью 77,9% [67]. С повышением зольности теплоемкость углей закономерно снижается. Кроме того, увеличение концен­трации минеральных примесей сглаживает эндотермический пик при 435—450° С и приводит к уменьшению следующей за этим экзотермической седловины, характерной для пластиче­ского состояния. Величина эндотермического максимума раз­ложения органической массы при 485—500° С также уменьша­ется с увеличением зольности.

Соответственно этому с ростом зольности изменяются теп­ловые э ффек т ы реакций пиролиза, которые для зольных углей вплоть до 650—700° С эндотермичны, причем абсолютное значение суммарного эндоэффекта возрастает с повышением зольности. Суммарный экзотермический эффект разложения

После 650—700° С по мере увеличения зольности снижается. Для породы, которой не свойственны экзотермические реакции по - ликонденсации, положительный тепловой эффект реакций пиро­лиза равен нулю (табл. VIII. 6).

Одновременно увеличение отрицательного и снижение поло­жительного тепловых эффектов приводит к существенному уменьшению суммарного теплового эффекта (в алгебраиче­ском понимании). На рис. 38 показана зависимость суммарно­го теплового эффекта реакций пиролиза углей от содержания минеральных примесей. При построении кривой тепловой эф­фект пиролиза угля зольностью 7,1% был условно принят рав­ным нулю, а зольность проб заменена содержанием минераль­ных примесей путем соответствующего пересчета.