CC BY
60
УДК 662.749.2
Е. В. Васильева, Е. С. Злобина*
Кузбасский государственный технический университет им. Т. Ф. Горбачева, Кемерово, Россия, 650000, Кемерово, улица Весенняя, дом 28
* e-mail: kleossa@yandex.ru.
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ВЫХОДА КОКСА ИЗ КОНЦЕНТРАТОВ УГЛЕЙ КУЗНЕЦКОГО БАССЕЙНА
Аннотация
В рамках выполненного аналитического обзора установлено, что в современных условиях для прогнозирования основного продукта коксования - кокса - наиболее целесообразно использовать комплекс данных элементного и петрографического анализов углей, составляющих шихты коксохимических предприятий. На основании проведенных исследований определены основные показатели элементного и петрографического анализов углей, а также выхода химических продуктов коксования и на их основе получено уравнение регрессии, описывающее вклад основных показателей в выход химических продуктов коксования на примере кокса.
Ключевые слова: уголь, кокс, регрессионное уравнение.
Выход основных продуктов коксохимического производства следует считать одним из важнейших факторов, определяющих технико-экономические показатели производства в целом. Несмотря на большое число публикаций [1-5], отсутствуют научно обоснованные методики планирования выхода кокса и других химических продуктов коксования [6].
Планирование объемов производства основных видов коксохимической продукции осуществляется на основании стандартов и технических регламентов предприятий. В основе этих рекомендаций лежит принцип прогноза выхода продуктов по фактически достигнутым результатам в предыдущем периоде с учетом изменения свойств шихты, технического состояния оборудования, либо полученных экспериментальных данных. В качестве определяющего параметра в прогнозирующих уравнениях выход кокса, как правило, используется показатель выхода летучих веществ из шихты [7]. Но в условиях повышенного содержания петрографически неоднородных углей в современных угольных шихтах прогноз выхода кокса и основных химических продуктов коксования только по величине выхода летучих веществ становится затруднительным [8].
Существует достаточно много эмпирических уравнений, позволяющих с той или иной степенью достоверности прогнозировать выход кокса. Однако следует заметить, что большинство уравнений отражают зависимости выхода кокса от одного или двух параметров технического анализа углей (в основном используется показатель выхода летучих веществ и показатель отражения витринита), что не отражает сложную структуру угольного вещества. Поэтому для прогноза выхода кокса наиболее целесообразно использовать комплекс данных элементного и петрографического анализов углей, составляющих шихты коксохимических
предприятий. В этой связи представляется целесообразным определить вклад основных
показателей элементного и петрографического анализов углей в выход различных химических продуктов коксования [9].
Для получения регрессионных уравнений, описывающих зависимость выхода основного продукта коксования - кокса - от основных показателей элементного и петрографического анализов углей были проведены исследования качества углей Кузнецкого бассейна, входящих в сырьевую базу коксохимических предприятий.
При проведении исследований, направленных на изучение качественных характеристик угольных концентратов, использовались следующие методики: ГОСТ Р 53357-2013 «Топливо твердое минеральное. Технический анализ», ГОСТ 9414.2-93 «Уголь каменный и антрацит. Методы петрографического анализа. Часть 2. Метод подготовки образцов угля», ГОСТ 9414.3-93 «Уголь каменный и антрацит. Методы петрографического анализа. Часть 3. Метод определения групп мацералов», ГОСТ 2408.1-95 «Топливо твердое. Методы определения углерода и водорода».
В лабораторных условиях выход химических продуктов коксования определяли по ГОСТ 18635-73 «Угли каменные. Метод определения выхода химических продуктов коксования». Метод основан на нагревании испытуемого угля или угольной смеси до 900 °С в пятисекционной или односекционной печи коксования и пиролизе образующихся продуктов с последующим определением их выхода [6].
В процессе работы выполнены предварительные экспериментальные исследования качественных характеристик 15 угольных концентратов и выхода из них кокса. В таблице 1 представлены данные петрографического и элементного анализа угольных концентратов различного марочного состава, а также выхода кокса из угольных концентратов, рассчитанного на сухую массу угля.
Таблица 1. Параметры регрессионного уравнения для прогнозирования выхода кокса из угольных концентратов
№ п/п Марка Ro, % Vt, % VtR, % Sv, % I, % XOK, % Cdaf, % Hdaf, % Выход кокса на сухую массу, %
Х1 Х2 Х3 X4 X5 X6 X7 X8 Y
1 К 1,044 54 23 9 37 43 87,53 4,56 79,56
2 КО+КС 1,046 41 22 9 45 51 81,12 4,16 78,26
3 К 1,174 41 9 6 53 57 84,94 3,47 76,42
4 К 1,064 58 23 7 35 40 87,5 4,22 78,44
5 К 1,434 58 31 6 36 40 89,56 4,01 83,25
б К 1,222 25 27 12 63 71 87,11 3,99 79,84
7 К 1,144 64 39 5 31 34 86,59 4,01 77,28
8 КО 1,269 46 20 8 46 52 87,44 3,32 79,9
9 КО 1,311 13 1 1 86 87 91,04 3,79 85,36
10 КО 1,013 42 19 10 48 55 88,75 3,35 78,52
11 КС 1,351 40 6 9 51 57 88,21 3,41 81,51
12 ГЖ 0,79 83 41 4 13 16 82,16 4,09 70,08
13 ГЖ 0,853 89 44 0 11 11 85,49 4,09 72,23
Результаты расчетов обработаны методом множественной регрессии с применением электронных таблиц Excel функции «Линейн»». Целевой функцией отклика являлся выход кокса на сухую массу. Результаты приведены в уравнении (1).
Y = 84,58942442 + 9,855419547 X1 - 1,070457487-Х2 -
0,046021682 Хз -1,39430444 X4 - 1,66369203- Х5 + +0,610152878 Хб + 0,927587941-Хт + 2,238988342 Х
(1)
R2 = 0,9855.
Согласно полученному уравнению, на выход кокса оказывают большое влияние такие показатели петрографического анализа как показатель отражения витринита, характеризующий степень метаморфизма углей, содержание витринита и суммарное содержание отощающих компонентов, а также такой показатель элементного анализа как содержание углерода.
На основании построенного регрессионного уравнения производился расчет теоретического выхода кокса и его сравнение с фактическим значением данного показателя. Результаты расчетов приведены в таблице 2.
Согласно ГОСТ 18635-73 «Угли каменные. Метод определения выхода химических продуктов коксования» расхождение между значениями при
определении выхода кокса не должно превышать 0,5 % абс. Следовательно, полученные расчетные значения выхода кокса соответствуют требованиям нормативных документов.
Полученные данные можно также проиллюстрировать с помощь рисунка 1.
Таблица 2. Расчетные и фактические значения выхода
кокса
№ п/п Расчетное значение выхода кокса, % Фактическое значение выхода кокса, % Абсолютное отклонение, %
1 79,55 79,56 0,01
2 78,26 78,26 0
3 76,65 76,42 0,23
4 78,94 78,44 0,5
5 83,41 83,25 0,16
6 80,14 79,84 0,30
7 77,06 77,28 0,22
8 79,52 79,90 0,38
9 85,09 85,36 0,27
10 78,32 78,52 0,20
11 81,65 81,51 0,14
12 69,58 70,08 0,5
13 72,57 72,23 0,34
номер пробы
Рис. 1. Расчетные и фактические значения выхода кокса
На основании полученного уравнения регрессии можно прогнозировать выход кокса в лабораторных условиях. Оно также может быть полезно для статистической обработки данных, а также при выборе значимых параметров, описывающих
свойства угольного вещества, для оценки выхода кокса в промышленных условиях.
Работа выполнена в рамках проектной части государственного задания Минобрнауки Российской Федерации №10.782.2014К.
Васильева Елена Вячеславовна аспирант кафедры химической технологии твердого топлива КузГТУ им. Т. Ф. Горбачева, Россия, Кемерово
Злобина Елена Сергеевна студент 3 курса кафедры химической технологии твердого топлива КузГТУ кафедры химической технологии твердого топлива КузГТУ
Литература
1. Аксенин Н. П., Крюков А. Н., Семисалов Л. П. Об определении выхода кокса // Кокс и химия. - 1984.
- № 7. - С. 23-25.
2. Улановский М. Л. Влияние выхода летучих веществ и зольности шихты на выход кокса // Кокс и химия.
- 1990. - № 10. - С. 51-52.
3. Дроздник И. Д. Химический потенциал различных типов углей и классификация по генетическим и технологическим параметрам // Кокс и химия. - 1990. - № 8. - С. 2-3.
4. Мадар А. Е. Расчет выхода валового кокса по результатам коксования шихты в «спутниках» // Кокс и химия. - 2008. - № 1. - С. 16-22.
5. Козина О. Я., Некрасова Т. П. Влияние марочного состава угольной шихты и температурного режима коксования на выход и качество химических продуктов // Кокс и химия. - 2008. - № 2. - С. 42-43.
6. Рубчевский В. Н. Разработка количественных зависимостей прогноза выхода кокса и основных химических продуктов коксования // Кокс и химия. - 2009. - № 4. - С. 11-16.
7. Рубчевский В. Н. Выход кокса в зависимости от свойств шихты и конечной температуры коксования // Кокс и химия. - 2014. - № 4. - С. 29-32.
8. Головко М. Б. Использование данных элементного и петрографического анализов углей для прогнозирования выхода химических продуктов коксования // Кокс и химия. - 2012. - № 6. - С. 9-18.
9. Головко М. Б., Мирошниченко Д. В., Кафтан Ю. С. Современное состояние вопроса прогнозирования выхода кокса и основных химических продуктов коксования// Кокс и химия. - 2011. - № 9. - С. 45-52.
Vasileva Elena Vjacheslavovna, Zlobina Elena Sergeevna*
Kuzbass State Technical University named after T. F. Gorbachev, Kemerovo, Russia.
* e-mail: kleossa@yandex.ru
PREDICTION OF THE YIELD OF COKE FROM CONCENTRATES COAL OF THE KUZNETSK BASIN
Abstract
In the framework of the performed analytical review established that in modern conditions to predict the main product coking -coke is most appropriate to use the complex data element and petrographic analyses of coals, the components of the charge coke plants. On the basis of the conducted studies to identify key indicators of elemental and petrographic analyses of coals and the release of chemical products of coking and, based on the obtained regression equation describing the contributions of major figures in the output of chemical products of coking on the example of coke.
Key words: coal, coke, regression equation.
