ТЕПЛОФИЗИКА ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

Стадия метаморфизма

Твердо установлено, что с повышением стадии метаморфиз­ма углей ях теплоемкость снижается (см. табл. III.1). Как было показано, это объясняется большей подвижностью углеродных и других атомов, входящих в периферийные группы, по сравнению с подвижностью атомов, сосредоточенных в конден­сированном ядре. В ходе метаморфизма доля углерода, сосре­доточенного в ядерной части макромолекул, возрастает, что и приводит к уменьшению теплоемкости.

В качестве показателя стадии метаморфизма углей может быть использован выход летучих веществ, определенный в стан­дартных условиях, содержание углерода в органической массе угля, а также другие величины, однозначно связанные со сте­пенью превращенности молекулярной структуры углей (напри­мер, средний диаметр углеродных ядер Ь3). В соответствии с этим влияние стадии метаморфизма на теплоемкость можно оценить путем раскрытия зависимостей типа СУ=1(СГ), Су = = Ф(УГ), СУ = Ф(Ь3) и др.

На рис. 31 изображена зависимость теплоемкости гумитов (при комнатных температурах) от содержания углерода в ор­ганической массе [32].

Связь между теплоемкостью и средним диаметром углерод­ных ядер, установленная при помощи теоретического анализа [71, 72], рассмотрена в разделе III.

Рис. 31. Зависимость теплоемкости Сц, кал/(г °£) Сц, кДж/(кгК) ископаемых углей от содержания уг-

Наиболее широко для технологических расчетов применя­ются эмпирические формулы вида Су={(УГ), Су=<р(Уг, Т), что объясняется простотой определения показателя Уг. На рис. 32 показаны зависимости истинной (20° С) и средней (24—100°С) теплоемкости углей в зависимости от выхода летучих веществ [41, 67, 122]. Обе приведенные зависимости линейны, что поз­воляет представить их в виде простых соотношений:

С2о = 0,22+1,4- 10~3КГ, ккал/(кг-°С), (VIII.1) С24-100 = 0,242+1,9-Ю~3УГ, ккал/(кг-°С). ^111.2)

Суммарный тепловой эффект реакций пиролиза до­нецких углей, характеристика которых приведена в табл. VII.! и VII.2, с ростом стадии метаморфизма по кривой с минимумом в области углей средней стадии метаморфизма (рис. 33).

На рис. 34 изображена зависимость теплоты коксова­ния от стадии метаморфизма для донецких углей [67, 73] и углей ФРГ [74]. Кривые показывают, что данные разных ав­торов относительно рассматриваемой зависимости заметно разнятся: согласно [67] для рядовых углей Донбасса и кон­центратов этих углей теплопотребление изменяется по кривой с максимумом для углей средней стадии метаморфизма, резко

Рис. 32. Зависимость ис­тинной (25° С) и сред­ней (24—100° С) удель­ной теплоемкости углей от выхода летучих ве­ществ:

I — истинная

2 — средняя

Теплоемкость;

Теплоемкость

Рис. 33. Зависимость суммарного теплового эффекта реакций пиро­лиза углей Донбасса от стадии метаморфизма: 1 — концентраты: 2 — рядо­

Вые УГЛИ

Уменьшаясь с понижением и менее резко с повышением стадии метаморфизма, тогда как, по данным В. В. Казминой [73], эта зависимость имеет противоположный характер, а результаты Г. Ребке [74] вообще практически не коррелируют с выходом летучих веществ. Все же большинство авторов указывают на экстремальный характер зависимости теплопотребления от стадии метаморфизма с максимумом при Уг=25-т-32%.