Инженерный справочник DPVA.ru (ex DPVA-info)

Проект Карла III Ребане и хорошей компании
 Задвижки, фильтры, кланы, клапаны, виброкомпенсаторы ABRA
Межфланцевые прокладки. Герметики. Уплотнительные материалы



Free counters!

Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Материалы / / Твердые топлива. Уголь. Кокс. Торф. Мусор. Пеллеты. Дрова. Сланцы. Опилки...  / / Твердые горючие ископаемые. Твердые топлива в США и вообще в Северной Америке. Классификация углей в США и других странах Северной Америки.

Твердые горючие ископаемые. Твердые топлива в США и вообще в Северной Америке. Классификация углей в США и других странах Северной Америки.

Поделиться:   

Твердые топлива в США и вообще в Северной Америке. Классификация углей в США и других странах Северной Америки.

Твердые топлива включают в себя уголь, кокс (спеченные угли или нефтянные коксы или типа того), древесину и горючие отходы промышленного и аграрного секторов экономики. Из перечисленных, только уголь широко используется как коммунальное и промышленное топливо для отопления и пр. Сложный состав углей, конечно затрудняет их классификацию. Химически, уголь состоит из углерода, водорода, кислорода, азота, серы и минерального остатка - золы. Химический анализ дает представление о качестве угля, но не определяет в точности свойства угля при сжигании. Потребители в основном заинтересованы в теплотворной способности на единицу массы и выходе золы и пыли при сжигании, но характеристики горения и требования к хранению и перевалке тоже принимаются во внимание. Описание свойств и типов североамериканских углей ниже взято из U.S. Bureau of Mines, U.S. Geological Survey и материалов Energy Information Administration:

Таблица 11 Классификация углей по маркам (марка=rank)a в США и других странах Северной Америки.

Класс угля Class
Группа углей / Group
Уровни массовой доли углерода в нелетучем остатке угля или теплотворной способности (в условной массе угля без органической массы и общей влаги) - легенда под таблицей
Требуемые свойства
I Антрациты / Anthracite
1.Метаантрацит / Metaanthracite
Сухой FC, 98% или более (Сухой VM, 2% или менее)
Неспекающийся = некоксующийся уголь (nonagglomerating)
2. Антрацит / Anthracite
Сухой FC, 92% или более, и менее чем 98%(Сухой VM, 8% или менее, и более чем 2%)
3. Полуантрацит / Semianthracite
Сухой FC, 86% или более, и менее чем 92% (Сухой VM, 14% или менее, и более чем 8%)
II Битуминозные угли / Bituminousd
1. Битуминозный уголь с низким содержанием летучих веществ (компонентнов) / Low-volatile bituminous coal
Сухой FC, 78% или более, и менее чем 86%
(Сухой VM, 22% или менее, и более чем 14%)
Либо спекающийся (agglomerating)b , либо погодостойкий (nonweathering)f
2. Битуминозный уголь со средним содержанием летучих веществ (компонентнов) / Medium-volatile bituminous coal
Сухой FC, 69% или более, и менее чем 78%
(Сухой VM, 31% или менее, и более чем 22%)
3. Битуминозные угли с высоким содержанием смолы и летучих веществ (компонентов) типа А/ High-volatileType A bituminous coal
Сухой FC, менее чем 69% (Сухой VM, более чем 31%), и влажный,c около 32.6 МДж/кгe или более
4. Битуминозные угли с высоким содержанием смолы и летучих веществ (компонентов) типа B / High-volatile Type B bituminous coal
Влажный,c около 30.2 МДж/кг или более, и менее чем 32.6 МДж/кгe
5. Битуминозные угли с высоким содержанием смолы и летучих веществ (компонентов) типа C / High-volatile Type C bituminous coal
Влажный,c около 25.6 МДж/кг или более, и менее чем 30.2 МДж/кгe
III Полубитуминозные (суббитуминозные) угли / Subbituminous
1. Полубитуминозный (суббитуминозный) уголь типа A / Subbituminous Type A coal
Влажный,c около 25.6 МДж/кг или более, и менее чем 30.2 МДж/кгe
И неатмосферостойкий и неспекающийся (nonagglomerating)b
2. Полубитуминозный (суббитуминозный) уголь типа B / Subbituminous Type B coal
Влажный,c около 22.1 МДж/кг или более, и менее чем 25.6 МДж/кгe
3. Полубитуминозный (суббитуминозный) уголь типа C / Subbituminous Type C coal
Влажный,c около 19.3 МДж/кг или более, и менее чем 22.1 МДж/кгe
IV Лигнитные угли, лигниты / Lignitic
1. Лигнит / Lignite
Влажный,c менее чем 19.3 МДж/кг
Неразрыхленный (consolidated)
2. Бурые угли (низкосортные лигниты) / Brown coal
Влажный,c менее чем 19.3 МДж/кг
Разрыхленный (unconsolidated)
  • Источник: данные из стандрата ASTM Standard D388.
    • FC = массовая доля углерода в нелетучем остатке угля (fixed carbon);
    • VM = содержание летучей части (volatile matter);
    • MMF = Условная масса угля без органической массы и общей влаги (mineral-matter-free)
  • aДанные классификации не включают в себя несколько сортов углей с необычными физическими и химическими свойствами, которые выходят за пределы, определяющие классификацию по составу углерода или теплотворной способности битуминозных и полубитуминозных сортов. Все эти угли либо содержат менее чем 48% сухой MMF FC, или имеют более чем 36.1 МДж/кг, для влажного MMF.
  • b Если уголь спекающийся, то относится в группу 1 класса II (Битуминозный уголь с низким содержанием летучих веществ (компонентов)).
  • c Влажный относится к углям, имеющим содержание влаги в угольном пласте, но без видимой воды на поверхности угля.
  • d В каждой из групп класса II могут быть неспекающиеся разновидности.
  • e Угли с содержанием углерода в 69% или более в сухом MMF, классифицируются по FC, вне зависимости от теплотворной способности.
  • f В группе 5 выделяются 3 разновидности угля:
    • первая - спекающийся и атмоферостойкий; вторая - спекающийся и неатмосферостойкий; третья - неспекающийся и неатмосферостойкий.

Типы углей

  • Общепринятая классификация углей приведена в Таблице 11 (выше). Эта классификация несколько неоднозначна из-за отсутствия четких границ между типами углей.
  • Антрацит - это чистый, плотный, твердый уголь практически не дающий пыли при сгорании. Хотя разжечь этот сорт относительно непросто он хорошо самоподдерживает горение после воспламенения. Он не спекается и горит равномерным коротким пламенем без дыма.
  • Полуантрацит содержит больше летучих фракций, чем антрацит. Он не такой твердый и разжечь его легче. Остальные свойства очень сходны с таковыми у антрацита.
  • Битуминозный уголь - это класс, который включает в себя многие типы углей с различными составами (композициями), свойствами и характеристиками горения. Угли этого класса ранжируются от высококачественных, добываемых на западе США, до нискосортных добываемых на востоке США. По спекаемости эти угли находятся в диапазоне от плавящихся или полностью размягчающихся, до типов в которых летучие фракции и смолы выгоняются без изменений в форме ( классифицирющихся как неспеающиеся = длиннопламенные угли = угли неспекающиеся при горении = noncaking = free-burning). Большинство битуминозных углей достаточно твердые и не слишком крошащиеся что позволяет поставку калиброванных сортов без угольной пыли. Обычно они легко воспламеняются и обеспечивают самоподдерживающееся горение. Языки пламени при горонеии длинные, разноцветные. При неправильных режимах горения выделяют много дыма и сажи, особенно при низких скоростях горения.
  • Полубитоминозный уголь - это угли мягкие и крошащиеся, при использовании образуют много крошек и пыли. Медленно воспламеняются и горят пламенем средней длины. Спекаемость (коксуемость) повышется с ростом содержания летучих фракций, но получающийся кокс - непрочный. Поскольку содержание летучих фракций вдвое ниже, чем у битуминозных углей, то и дыма и смол намного меньше. Иногда этот тип даже называют "бездымными" углями.
  • Суббитуминозный уголь = "чёрный лигнит" (subbituminous coal), найденные на западе США , имеют начальную высокую влажность при добыче и рассыпаются при высыхании или при нахождении на воздухе. Этот сорт часто самовоспламеняется при складировании и хранении. Загорается этот тип углей легко и быстро, горит пламенем средней длины, самоподдерживает горение и неспекается. Куски разваливаются и рассыпаются перемешивании. При горении образуется очень мало дыма и копоти.
  • Лигниты = бурые угли (lignite) имеют древянистую (волокнистую) структуру, высокую начальную влажность при добыче, низкую удельную теплоту сгорания, и не пачаются при перевалке и работе и ними. Они рассыпаются при сушке даже легче, чем суббитоминозные угли и имеют большую тенденцию к самовоспламенению. Из-за высокой влажности сырого бурого угля он медленно разгорается и это неспекающийся сорт. Если удалить влагу и летучие фракции, то остаток горит также легко, как древесный уголь. Куски угля часто рассыпаются в зоне горения и кусочки продолжают тлеть в слое золы. При горении образется очень мало дыма и копоти.

Таблица 12 Типичный предельный состав и теплотворная способность различных углей. Химический анализ (иногда называется "технический анализ" в русской традиции) углей.

Марка=rank
Теплотворная способность в состянии поставки, МДж/кг
Составляющие, % по массе
O
H
C
N
S
Зола
Антрациты
29,5
5,0
2,9
80,0
0,9
0,7
10,5
Полуантрациты
31,6
5,0
3,9
80,4
1,1
1,1
8,5
Битуминозные угли с низким содержанием смолы и летучих веществ (компонентов)
33,4
5,0
4,7
81,7
1,4
1,2
6,0
Битуминозные угли с средним содержанием смолы и летучих веществ (компонентов)
32,6
5,0
5,0
81,4
1,4
1,5
6,0
Битуминозные угли с высоким содержанием смолы и летучих веществ (компонентов)
Тип / Type A
32,1
9,3
5,3
75,9
1,5
1,5
6,5
Тип / Type B
29,1
13,8
5,5
67,8
1,4
3,0
8,5
Тип / Type C
25,6
20,6
5,8
59,6
1,1
3,5
9,4
Суббитуминозные (черные лигниты)

Тип / Type B
20,9
29,5
6,2
52,5
1,0
1,0
9,8
Тип / Type
19,8
35,7
6,5
46,4
0,8
1,0
9,6
Лигниты - Бурые угли
16,0
44,0
6,9
40,1
0,7
1,0
7,3

Свойства и харакетристики углей.

  • Параметры углей, определяющие классификацию углей в один или другой класс или тип это соотношения и/или величины следующих показателей:
    1. содержание летучих фракций = содержание летучей части (volatile matter)
    2. массовая доля углерода в нелетучем остатке угля (fixed carbon)
    3. влажность
    4. содержание серы
  • Каждый из этих показателей определяется в одном из следующих состояний угля:
      1. в состоянии поставки (as-received) - годится для расчетов тепловыделения при сжигании;
      2. для условной массы угля без органической массы и общей влаги (moisture-free (or dry), and MMF = mineral-matter-free (or ash-free)) - годится для классификации
  • Летучие фракции удаляются в форме газов и паров при нагревании. Они состоят из различных органических газов, возникающих в процессе перегонки и разложения. Летучие фракции различных типов углей разделяются на масла и смолы. При нагревании антрацитов тяжелые фракции углеводородов практически не выделяются, и совсем немного тяжелых фракций выделяется из полу-антрацитов. При возрастании содержания летучих фракций до 40% (для сухих углей без золы = несгорамого остатка) выделятся больше смол. Однако с дальнейшим ростом содержания летучих фракций наблюдается уменьшение выделения смол и становится относительно незначительным при нагревании суббитуминозных углей (черных лигнитов) и лигнитов (бурых углей).
  • Массовая доля углерода в нелетучем остатке угля (fixed carbon) это горючий остаток углей после удаления летучих фракций. И это не только углерод, хотя в основном это он, но и другие горючие вещества. Его форма и твердость указывают на спекаемость углей и таким образом, определяет оборудование и способ сжигания. В общем, массовая доля углерода в нелетучем остатке угля (fixed carbon) показывает, какая доля топлива должна сгореть в твердом состоянии.
  • Влажность образца тяжело определить точно, поскольку образец может отдавать и набирать влагу в контакте с атмосферой, в частности в процессе измельчения для анализа. С учетом этого факта полное содержание влаги в образце обыкновенно определяют как потерю массы при сушке в сухом воздухе. При этом анализе не учитывается некоторое содержание воды в угле - вода от разложения (декомпозиционная), связанная вода и гидратированная вода не учитываются, таким образом, в стандартном тесте.
  • Пепел (зола, шлак) это негорючий остаток после полного прогорания угля. Обычно масса остатка чуть меньше, чем его содержание в условной массе угля без органической массы и общей влаги (mineral-matter-free) до сжигания.
  • Содержание серы . Сера это нежелательный компонент в угле, потому что оксиды серы, возникающие в процессе сгорания вызывают загрязнение окружающей среды и вызывают коррозию системы. Таблица 12 дает представление о содержании серы в типичных углях. Законодательство накладывает ограничение в некоторых районах США и Канады на содержание серы в сжигаемых углях.
  • Теплотворная способность (heating value) может указываться для различных состояний угля. Высшие теплотворные способности углей обычно указываются вместе с уточняющей информацией о состоянии поставки, влажности и соствае. В отсутствие более точных данных, высшая теплотворная способность может быть вполне приемлемо оценена по формуле Дюлонга (Dulong formula) - современный вариант:
    • Высшая теплотворная способность, (МДж/кг) = 33.829*C + 144.28*[H – (O/8)] + 9.42*S
    • где C, H, O, и S это массовые процентные доли углерода, водорода, кислорода и серы согласно компонентному химанализу.

Другие важные параметры для оценки применимости угля

  • Химический анализ (=ultimate analysis) определяет различие между сортами через состав. Определяется процентный состав C, H, O, N, S и шлака (несгораемого остатка). Химический анализ (иногда называется "технический анализ" в русской традиции) используется в точных расчетах тепловыделения и тепловых баллансов, например, при определении КПД котлов и топок. Типичный состав различных углей указан в Таблице 12 (выше).
  • Температура плавления золы (пепла) = несгораемого остатка. (ash-fusion temperature), показывает плавкость несгораемого остатка при достигаемых температурах. Помогает определить не сплавится ли зола в шлак и, таким образом, подобрать логистику, вид и тип топки и способы механизации сжигания.
  • Коэффициент размолоспособности; показатель измельчаемости; размольная характеристика (grindability index), показывает, насколько легко измельчить данный уголь в порошок (позволяет определить производительность шаровой мельницы). В США используется два метода определения индекса по Хардгрову Hardgrove (см. Hardgrove Grindability Index) и индекс шаровой мельницы по Бонду (см. Bond Ball Mill Work Index).
  • Показатель (индекс) свободного вспучивания в тигле (free-swelling index) который показывает степень набухания угля при сгорании в топливном слое и указывает на способность данного сорта спекаться.

Данные - в основном, но не только: 2017 ANSI/ASHRAE Handbook-Fundamentals (SI=СИ)

Часть1. Твердые топлива в США и вообще в Северной Америке. Классификация углей в США и других странах Северной Америки.
 

Часть2. Твердые топлива в США и вообще в Северной Америке. Классификация углей в США и других странах Северной Америки.

Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:
Дополнительная информация от Инженерного cправочника DPVA, а именно - другие подразделы данного раздела:
Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:
Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста.
Вложите в письмо ссылку на страницу с ошибкой, пожалуйста.