ТЕПЛОФИЗИКА ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

Степень метаморфизма

В целом для гумусовых ископаемых характерно значитель^ ное увеличение теплопроводности с ростом стадии метаморфиэ* ма: теплопроводность каменных углей выше, чем теплопровод­ность торфа и бурых углей. Такое влияние стадии метаморфизм ма на коэффициенты теплопереноса объясняется возрастание^ плотности и повышением степени структурной организаций

Что касается каменных углей, то имеющиеся данные весьм? противоречивы: одни исследователи полагают, что теплопро* водность возрастает с повышением стадии метаморфизма, дру“ гие —что она при этом практически не изменяется и т. д. Тако| положение обусловлено сложностью проведения эксперименте! с углями и неоднозначностью результатов. Коэффициенты тепл® и температуропроводности (при 30°С) немецких углей, в зав» симости от выхода летучих веществ, полученные В. Фритцем 1 Г. Мозером, приведены в табл. XVII. 1. Эти данные показывают! что искомая зависимость имеет сложный характер, но в цело*Р для нее характерна тенденция к увеличению теплопроводности - с уменьшением выхода летучих веществ: теплопроводность то-Г 202

Щих углей и антрацитов, как правило, выше теплопроводности менее метаморфизованных углей. В то же время обращает на себя внимание тот факт, что угли с резко различным выходом летучих веществ, но с близкими значениями плотности (напри­мер, см. табл. XVII.1 опыты № 4 и 10) часто характеризуются близкими значениями теплопроводности, тогда как угли с рав­ными значениями УГ, но разной плотностью имеют иногда рез­ко различные значения теплопроводности (пробы № 12 и 13). Следует отметить также значительный разброс эксперименталь­ных точек, обусловленный, возможно, неоднородностью макро­структуры углей (опыты проводились с монолитными образца­ми) .

Значения коэффициента температуропроводности (см. табл. XVII.!) испытывают гораздо меньшие колебания; они за­ключены в пределах (5,1—7,2) • 10-4 м2/ч.

На рис. 77 [100] изображена зависимость коэффициентов тепло - и температуропроводности донецких углей от стадии ме­таморфизма. Исследования проводились с измельченными уг­лями (<0,25 мм) при комнатной температуре. Характеристику образцов см. в табл. VII.1. Если сравнить значения коэффи­циентов температуропроводности при комнатной температуре Для углей марок К, Г и Д, то расхождение между большим зна-

Чением для коксового угля (6,42 -10~4 м2/ч) и меньшим для длиннопламенного угля (6,18-10~4 м2/ч) составит около 3%, что входит в пределы погрешности эксперимента. Поэтому между ■ точками, отвечающими этим углям, проведена прямая линия. ’ При рассмотрении всего ряда метаморфизма каменных углей и антрацита можно выявить определенную закономерность: на кривых зависимости температуропроводности от стадии метамор­физма имеется заметный минимум, соответствующий тощему углю. *

На рис. 77 (кривая 2) показана также зависимость коэффи-1 циента теплопроводности тех же проб от стадии метаморфиз - ма, свидетельствующих, что этот коэффициент изменяется ана­логично коэффициенту температуропроводности по кривой с от­четливым минимумом, также соответствующим тощему углю. Аналогичные зависимости получены для углей Кузнецкого бас­сейна.

В то же время с повышением стадии метаморфизма углей от длиннопламенного до антрацита как теплопроводность, так и температуропроводносхь их возрастают монотонно (см. табл. XVI.5)—от 0,10 до 0,128 ккал/(м-ч-°С) и от 3,7-10~4 до~^ 6,4-10-4 м2/ч соответственно. |

В настоящее время отсутствуют детальные данные о влия - .! нии петрографического состава углей на коэффициенты тепло - переноса. Качественно установлено лишь, что наибольшей теп­лопроводностью и температуропроводностью характеризуются витринит и фюзинит. Это вполне соответствует их наибольшей из всех микрокомпонентов плотности и степени конденсирован - ности.

1. Плотность

Плотность оказывает очень существенное влияние на тепло и температуропроводность углей. Кажущаяся плотность йк свя - зана с действительной плотностью с? о и пористостью р соотно - ; шением

Если пористость выражена в долях единицы.

С одной стороны, большим значениям действительной плот­ности всегда отвечает более высокая теплопроводность, по­скольку уплотнение структуры обусловлено повышением степени структурной упорядоченности. С другой стороны, уменьшение пористости также способствует повышению теплопроводно­сти, так как оно приводит к понижению доли плохо проводя­щих газовых промежутков и замене их проводящим материа­лом. Поскольку оба названных фактора воздействуют на кажу­щуюся плотность одинаковым образом, очевидно, что между йк и теплопроводностью кускового угля существует прямая зави­симость.

Расчет теплопроводности угольных целиков при температуре ниже температуры начала разложения угля можно проводить по одной из формул, приведенных в разделе II. При этом в ка­честве теплопроводности твердой фазы Яо следует принимать значения, помещенные в табл. ХУ1.2. Пример такого расчета приведен в разделе XVI. Если температура отличается от ком­натной, то значение Ло следует привести предварительно к тре­буемой температуре по формуле (ХУ1.1).

Насыпная плотность измельченных углей зависит от стадии метаморфизма, влажности, зольности, гранулометрического со­става и некоторых других факторов, эффективно влияющих так­же на тепло - и температуропроводность.

В табл. XVII.2 [113] приведены результаты измерения ко­эффициентов тепло - и температуропроводности угольных засы-

Пок различной плотности. Характеристика углей дана в табл. ХУП. З. Тепло - и температуропроводность определялись методом регулярного режима при комнатной температуре.

Приведенные данные показывают, что для всех исследован­ных углей теплопроводность линейно возрастает с увеличением плотности загрузки. Такую зависимость, как известно, можно характеризовать с помощью углового коэффициента бР, значе­ния которого для разных углей, а также для угольной шихты (см. табл. ХУН. З) приведены в табл. ХУ11.4.

Таким образом, для экстраполяции зависимости Я(р) в не­больших пределах можно пользоваться линейными уравнения- 1 ми.

Поскольку при уплотнении удельная теплоемкость загрузки не изменяется, а теплощюводность растет пропорционально, плотности, постольку коэффициент температуропроводности йеП должен зависеть от степени уплотнения. Однако в некоторых ■; экспериментальных исследованиях такая зависимость обнару­живается (см. например, табл. ХУН.2). Это, очевидно, объясня­ется различного рода методическими погрешностями, приводя­щими к тому, что теплоемкость загрузки в ходе опытов не оста­ется постоянной, а изменяется в ту или другую сторону вслед-, ствие непостоянства состава, влажности, зольности или других факторов, эффективно влияющих на теплоемкость.

Исследования, выполненные Хмура, Кемпа и ЛуквиньсЩ, для углей Силезского бассейна, характеристика которых была! приведена в табл. XVI.3, устанавливают влияние плотности на коэффициенты тепло- и температуропроводности угольных засы­пок, состоящих преимущественно из крупных классов.

Как видно из рис. 78, наблюдается линейная зависимость коэффициента теплопроводности от плотности засыпки. Что же касается коэффициента температуропроводности, то его линей - 206

Рис. 78. Зависимость коэффи­циентов тепло - и температуро­проводности силезских углей от насыпной плотности:

1 — коэффициент теплопроводности;

2 — коэффициент температуропро­

Водности

Ное возрастание с увеличением плотности обусловлено, по-ви­димому, причинами, отмеченными выше, — непостоянством теп­лоемкости образцов.