Оценка низшей теплоты сгорания углей по известным значениям рабочей зольности и рабочей влажности Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

© Р.А. Суханов, Г.П.Сидорова, 2006

УДК 662.64

Р.А. Суханов, Г.П. Сидорова

ОЦЕНКА НИЗШЕЙ ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ УГЛЕЙ ПО ИЗВЕСТНЫМ ЗНА ЧЕНИЯМ РАБОЧЕЙ ЗОЛЬНОСТИ И РАБОЧЕЙ ВЛАЖНОСТИ

~П текущей работе геолога и масте-ЛУ ра ОТК разреза постоянно приходится сталкиваться с определением одного из главных показателей качества угля -низшей теплотой сгорания на рабочее состояние топлива (00. При планировании, составлении шихты, предварительной оценке качества и решении других текущих вопросов, оперативное определение теплоты сгорания необходимо увязать с известными значениями рабочей влажности и зольности. Различными исследователями постоянно изыскиваются пути определения (Р1г) по известным значениям рабочей влажности и зольности (^, Аг), методы определения которых менее затратны (как во времени, так и в материальном плане). Так, при изучении Уртуй-ских углей Сибирским филиалом ВТИ [1] получены уравнения регрессии, приведенные в табл. 1.

Анализируя эти зависимости можно сделать следующий вывод:

- при качественно правильной зависимости Р1г = Б ^г, Аа), линии уравнений не

параллельны, имеют разный наклон, расстояние между линиями не одинаковы, т.е. не правильно определены коэффициенты уравнений; применяется одно уравнение на целый диапазон влажности. Это можно объяснить недостаточным объемом исходных данных для достоверного определения регрессии.

Нами для установления зависимости Р1г = Б (Wг, Аг) принят метод, вытекающий из ГОСТ 27313-95 (ИСО 1170-77) «Обозначения показателей качества и формулы пересчета результатов анализа для различных состояний топлива» [4] и «Теплотехнических расчетов по приведенным характеристикам» [5].

Пересчет низшей теплоты сгорания из одного состояния топлива в другое производится по формуле [4, 5]:

п г = (П г +6,„ г) 100 - Г2

Р2 = ^1 +6Wl )

- Л2

100 - Ж1Г - Л[

■ 6^^2г,

(1)

где р1г - низшая теплота сгорания на первое состояние топлива с рабочей влажно-

Таблица 1

Зависимость низшей теплоты сгорания уртуйских углей от рабочей

Диапазон влажности, ■г, % Уравнение регрессии Qiг, ккал/кг Коэффициент корреляции

28,0-30,0 4445,37-41,86АЛ 0.906

30,1-32,0 4409.5-43.46 АЛ 0.804

32,1-33,0 4540.1-50.57 АЛ 0.992

33,1-34,0 4346.1-47.34 АЛ 0.998

34,1-35,0 4283.77-46.22 АЛ 0.974

35,1-36 4094.4-33.39 АЛ 0.987

Таблица 2

Зависимость низшей теплоты сгорания уртуйских углей от рабочей влажности и зольности, рассчитанная по средним значениям

Рабочая влажность, W2r, % Уравнение регрессии Qr, ккал/кг

23 5100,6 - 68,0337 A2r

24 5026,6- 68,0337 A2r

25 4952,5- 68,0337 A2r

Рабочая влажность, W2r, % Уравнение регрессии Qr, ккал/кг

26 4878,5- 68,0337 A2r

27 4804,5- 68,0337 A2r

28 4730,4- 68,0337 A2r

29 4656,4- 68,0337 A2r

30 4582,4- 68,0337 A2r

31 4508,3- 68,0337 A2r

32 4434,3- 68,0337 A2r

33 4360,3- 68,0337 A2r

34 4286,2- 68,0337 A2r

35 4212,2- 68,0337 A2r

36 4138,2- 68,0337 A2r

37 4064,1- 68,0337 A2r

38 3390,1- 68,0337 A2r

стью Wir и рабочей зольностью Air; Q2r -низшая теплота сгорания (неизвестное) на второе состояние топлива с известной рабочей влажностью W2r и зольностью A2r.

Принимаем за Q1r, W1r, A1r показатели качества углей достаточно надежно определенные различными исследованиями [1, 2, 3] на стадии разведки Уртуй-ского месторождения:

Q1r = 4020 ккал/кг, W1r = 29,5 %,

A1d = 12,5 %.

При этом:

100 - W[

A1r = A1d 100 = 8,81 %, (2)

где A1d - зольность на сухое состояние топлива.

Подставляя средние значения в формулу (1) получим:

Q2r = 68,0337(100 - W2r - A2") - 6W2r (3)

Формула (3) позволяет рассчитать низшую теплоту сгорания (Q2r) Уртуй-ских углей для любого состояния топли-

ва по известным значениям рабочей влажности и зольности.

На основе данной формулы, построена палетка для определения р2г графическим способом (рисунок).

Масштаб построения графика и количество линий может быть любым. Уравнения регрессии для целых значений рабочей влажности приведены в табл. 2.

Дробные значения зольности и влажности откладываются на палетке путем интерполяции между целыми значениями.

Правильность определения низшей теплоты сгорания по формуле (3) и графику проверена по результатам определения этого показателя лабораторией ТЭЦ г. Краснокаменска в период с 1999 по 2004 годы. По известным значениям W2г и А2г, определенным в лаборатории, рассчитывалась величина р2г по формуле (3), которая сравнивалась с фактически полученным значением на калориметре. Всего сравнивалось 284 определения. Среднее квадратическое расхождение между рассчитанным и фактическим значениями со-

ог,

5000

4000

3000

Графическая зависимость низшей теплоты сгорания (0$ Уртуйских углей от рабочей зольности (Аг) и рабочей влажности (№')

ставило ± 3,5 %. Необходимо иметь в виду, что это расхождение является суммой погрешностей определения трех составляющих: влажности, зольности и теплоты сгорания пробы в лабораторных условиях.

При оценке низшей теплоты сгорания угля ^2Г) по известным значениям рабочей влажности и зольности третий анализ (собственно определение теплоты сгорания угля) исключается. Точность определения Q2Г будет зависеть только от точности определения рабочей влажности ^2Г) и рабочей зольности (А2Г). Погрешностью определения средних параметров QlГ, WlГ, AlГ можно пренебречь, т. к. они определенны по представительному объему проб, характеризующих все месторождение.

Уртуйские угли имеют сложный петрографический состав и различное соотношение микрокомпонентов групп витри-нита, инертенита и липтинита, что обусловило разнообразие типов углей на месторождении. Преобладающим являются фюзинито-гелититы и гелито-фюзиниты.

По ГОСТ 25543 - 88 «Классификация по генетическим и технологическим параметрам», выделяются угли марки Б двух групп 2Б и 3Б, подгрупп 2БВ, 2БФ, 3БВ, 3 БФ. которые могут различаться по теплоте сгорания [6]. Нами выполнен анализ раздельно по геологическим блокам и пластам, содержащим различные генетические разности углей. Установлено, что угли группы 2Б, отличающиеся большей влагоемкостью и соответственно рабочей влажностью, имеют более низкую теплоту сгорания и наоборот: угли группы 3Б имеют меньшую влаго-емкость (соответственно влажность) и более высокую теплоту сгорания. Угли подгрупп 2БФ и 3БФ имеют ограниченное распространение и не образуют самостоятельных блоков. Теплота сгорания углей всех подгрупп, в пределах погрешности определения показателей качества, подчиняется одному закону, описанному формулой (3), систематических расхождений не установлено.

Из всего этого следует несколько практических выводов:

1. Низшую теплоту сгорания углей можно рассчитать по известному значению рабочей влажности и зольности более точно и оперативно, чем определение на калориметре.

2. Для каждого месторождения формулы для расчета будут свои, вытекающие из средних показателей качества угля. Зависимость Q1Г = Р^Г, АГ) может быть представлена в виде формулы или палетки.

3. Можно снизить объем трудоемких анализов в лаборатории, переориентировать

1. Реконструкция котлов ТЭЦ для сжигания Уртуйского бурого угля. Этап 3.5. Исследование керновых проб Уртуйского угля и прогноз качества. Этап 3.6. Исследование товарных проб Уртуйского угля и характеристик котлов при длительном сжигании. Заключение о НИР Сибирского филиала ВТИ. Красноярск, 1991 г.

2. Исследование физико-химических и теплотехнических свойств углей Уртуйского буроугольного месторождения. Отчет о НИР Уральского ВТИ. Челябинск, 1984 г.

3. Уртуйское буроугольное месторождение. Отчет о результатах детальной разведки с

анализы на изучение зависимости теплоты сгорания от различных марок угля, блока, пласта, горизонта и т.д.

4. Появляется возможность быстрой оценки низшей теплоты сгорания ^Г) для решения определенных задач, например: при составлении шихты, планировании, предварительной оценке качества углей при приемке углей, получении оперативных данных по объединенным пробам, контроле качества анализов, прогнозе показателей качества при заключении договоров с потребителями и другие.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

подсчетом запасов по состоянию на 1.01.85 г. п. Октябрьский 1985 г.

4. ГОСТ 27313-95 Топливо твердое минеральное. Обозначение показателей качества и формулы пересчета результатов анализов для различных состояний топлива.

5. Пеккер Я.Л. Теплотехнические расчеты по приведенным характеристикам.

6. Еремин И.В., Броневец Т.М. Марочный состав углей и их рациональное использование. -М.: Недра, 1994 г.

— Коротко об авторах

Суханов Р.А. - главный геофизик ОАО ППГХО,

Сидорова Г.П. - ведущий инженер-геолог Разрезоуправления «Уртуйское» ОАО «ППГХО».