Химико-технологическая характеристика углей Экибастузского каменноугольного бассейна

30.03.2020

Средние показатели качества углей основных пластов Экибастузского бассейна приведены в табл. 254. Вопросы качества углей пластов I—XV не рассматриваются вследствие непромышленного их значения. Укажем лишь, что зольность этих углей редко снижается до 25%, обычно же она более 30%. Выход летучих веществ колеблется от 35 до 40%, подчиняясь правилу Хильта.

Зольность. Угольная масса всех пластов имеет крайне высокую зольность, обусловленную дисперсным распределением в ней минеральных примесей. Исключение составляют лишь угли пачки 1а, приуроченной к верхней части пласта 1, зольность которых обычно колеблется в пределах 15—20%. Общей закономерностью для бассейна является увеличение зольности углей вниз по разрезу (табл. 255).

Для Экибастузского бассейна кондициями 1960 г. установлены следующие верхние пределы по зольности углей: для балансовых — 45%, для забалансовых — 50%.

По разрабатываемым пластам 3, 2 и 1 угли с зольностью 45—50%, залегающие пачками среди балансовых углей (с зольностью до 45%), учтены как засоряющая породная часть пласта с определенными коэффициентами участия. С учетом этого зольность углей основных пластов приведена в табл. 256.

За 15 лет эксплуатации разрезов 1, 2 и 3 зольность товарного угля колебалась по первому пласту в пределах 36,4—37,3%, по второму 32,1—34,1% и по третьему 37,2—38,9%, что указывает на стабильность этого показателя, определяющего практическую ценность экибастузских углей как энергетического топлива. По тем же разрезам расчетная зольность товарного угля пласта 3 на 3% выше фактической. Снижение ее достигается в процессе разработки пласта за счет селективной выемки разубоженных и высокозольных угольных пачек.

Расчетная зольность товарного угля пласта 4 близка к предельной кондиционной или превышает ее. По многим пластопересечениям она возрастает до 47 и даже 50%. Лишь на участке 1, расположенном в северо-западной замковой части брахисинклинали, выделена небольшая площадь, где пласт представлен балансовыми по зольности углями. На остальной площади бассейна запасы его утверждены ГКЗ по группе забалансовых.

Комплексным проектом освоения Экибастузского бассейна разработка пласта 4 не предусмотрена из-за высокой зольности товарного угля и расположения его в разрезе на 20—150 м ниже рабочей части пласта 3, хотя на отдельных участках он попадает в разносы бортов карьера.

Состав и плавкость золы. Химический состав золы экибастузских углей и продуктов их обогащения по данным исследований и сульфатная — 4%, т. е. преобладает сера органическая, что вообще характерно для малосернистых углей. При обогащении углей содержание серы практически не снижается.

Фосфор. Все угли бассейна являются многофосфористыми (Рс = 0,03—0,21%). Количество фосфора, так же как и серы, увеличивается вверх по разрезу, достигая максимальной величины в относительно малозольных спекающихся углях пачки 1a пласта 1. Содержание фосфора в ее концентратах обычно более 0,1%.

Выход летучих веществ на горючую массу. Этот показатель колеблется в пределах 22—35% по обогащенным и 27—34% по необогащенным углям основных пластов бассейна. Изменение его по разрезу происходит в соответствии со стратиграфической глубиной. Пониженный на 2—3% выход летучих в углях пласта 2 против углей залегающего непосредственно под ним пласта 3 связан с первичной окисленностью значительной части витренизированных компонентов (структурного витрена) углей пласта 2, что согласуется с низкой их спекаемостью.

Элементарный состав и теплота сгорания. Из сопоставления результатов анализов необогащенных и обогащенных углей видно, что для вторых содержание углерода и теплота сгорания выше. Co стратиграфической глубиной оба показателя увеличиваются в обогащенных и уменьшаются в необогащенных углях. Последнее не согласуется с явлениями регионального метаморфизма и обусловлено неизбежной ошибкой, связанной с прямым определением (посредством озоления) неорганической составной части углей и поправок на нее для вычисления содержания органического вещества. При высокой зольности экибастузских углей эти поправки, по-видимому, весьма значительны.

В концентратах углей основных рабочих пластов бассейна содержание углерода на горючую массу 84,2—89,2%, водорода 5,0—5,2%, азота (по ограниченному количеству анализов) до 1,5%. Элементарный состав их подчинен правилу Хильта. Теплота сгорания горючей массы необогащенных углей по бомбе 7650—8160 ккал/кг, низшая рабочего топлива — 3540—5850 ккал/кг. Увеличивается теплота сгорания углей вверх по разрезу параллельно с уменьшением их зольности. Средняя теплота сгорания товарного угля пластов 1, 2 и 3, отгружаемого потребителям из разрезов 1, 2, 3 (по данным OTK разрезов), в 1965 г. составила 4110 ккал/кг, в 1966 г. — 4080, в 1967 г. — 4190, в 1968 г. — 4270 ккал/кг. Средняя теплота сгорания 4170 ккал/кг.

Спекаемость. Необогащенные угли пластов 1, 2, 3 и 4 не спекаются: нелетучий остаток первых трех порошкообразный или слипшийся, последнего — слипшийся или слабоспекшийся. Спекаемость углей, обогащенных по удельному весу 1,4, характеризуется следующей толщиной пластического слоя: 7—9 мм для пласта 1, 6—7 мм для второго, 10—12 мм для третьего и 14—18 мм для четвертого. Однако, несмотря на это, концентраты углей описываемых пластов не представляют интереса для коксохимической промышленности в связи с высокой их зольностью и малым выходом. Несоответствие показателя спекаемости концентрата углей пласта 2 (у = 6—7 мм) их петрографическому составу (сумма плавких компонентов 70%) связано, по мнению А.А. Кузнецовой, с тем, что около 60% компонентов группы витринита представлено телинитом (структурным витреном), отражательная способность которого близка к таковой компонентов группы семивитринита.

Лучше обогащаются угли пачки 1а, концентраты которых дают сплавленный плотный королек при толщине пластического слоя до 13 мм. Однако в связи с высоким содержанием фосфора (обычно более 0,1%) для получения доменного кокса они непригодны. В то же время наличие в коксе такого количества фосфора не является препятствием для использования его в цветной металлургии. В настоящее время пачка 1a разрабатывается совместно с пластом 1 и уголь ее утилизируется как энергетическое топливо.

Полукоксование углей. При сухой перегонке угли дают невысокий выход смол — от 4,5 до 8% на горючую массу — и не могут быть рекомендованы для переработки методом полукоксования. Данные о выходе первичного газа при сухой перегонке угля, его составе и теплоте сгорания приведены в табл. 258.
Химико-технологическая характеристика углей Экибастузского каменноугольного бассейна

Газификация углей. Экибастузские угли, за исключением углей пачки 1а, пригодны для газификации. С 1946 по 1952 г. в бассейне работала газогенераторная установка, обеспечивавшая высококалорийным газообразным топливом экибастузский стекольный завод.

Ситовый состав. Угли Экибастуза обладают высокой крепостью. В валовых пробах, вырубка которых произведена отбойными молотками в квершлагах дренажных шахт разреза 1, преобладают крупные классы (+13 мм), что свидетельствует о значительной сопротивляемости углей дроблению (табл. 259).

Для всех пластов зольность угля по классам изменяется в узких пределах, однако с выраженной тенденцией к снижению ее в сторону мелких классов.

Ситовый состав пластов 1 и 2 по валовым пробам незначительно отличается от ситового состава эксплуатационных проб. В последних отмечается повышение выхода класса +150 мм до 12—15% за счет изменения соотношения выхода крупных классов при добыче угля экскаваторами. Ситовая характеристика углей пласта 3 по представительным эксплуатационным пробам пока отсутствует.

Около 1,1 млн. т угля из общей добычи поступает на технический комплекс (проектная производственная мощность 7 млн. т/год), где его додрабливают до размера 180 мм. Остальной уголь непосредственно из разрезов отправляется на электростанции. Несмотря на ряд мер, принимаемых для уменьшения крупности угля посредством рыхления его при буровзрывных работах в массиве добычного уступа, а также путем неоднократного сбрасывания угля в забое с высоты подъема ковша экскаватора, размеры глыб часто достигают 500—900 мм при норме 300 мм. С переходом на выемку угля роторными экскаваторами это будет устранено.

Обогатимость. Экибастузский уголь, как уже отмечалось, характеризуется высоким содержанием минеральных примесей, дисперсно распределенных в органической массе, что снижает эффективность его обогащения. По удельному весу 1,4 угли пластов 1, 2, 3, 4 и 6 практически необогатимы (табл. 260). Оптимальной границей разделения продуктов обогащения является удельный вес 1,8, позволяющий уменьшить зольность энергетического концентрата угля за счет отделения породной фракции. При этом условии обогатимость углей основных пластов бассейна характеризуется показателями, приведенными в табл. 261. Лучшую характеристику обогатимости имеют угли пачки 1а, для которых выход концентрата по удельному весу 1,4, с зольностью 10— 12% составляет 50—60%.

С целью решения вопроса о возможности обогащения экибастузских углей методом центробежной сепарации, являющимся для высокозольных углей наиболее эффективным, в 1957 г. Всесоюзным научно-исследовательским институтом обогащения угля были подвергнуты исследованию пластово-промышленные пробы пластов 1, 2 и 3. На основе полученных результатов был сделан вывод о нецелесообразности обогащения углей этим методом.

Промышленные испытания обогатимости углей пластов 1 и 2 проведены на пластово-промышленных пробах из разреза 1. Обогащение велось по удельному весу 1,8 двух машинных классов: —50+13 мм и —13+0 мм. Крупный уголь обогащался на реожелобах, а мелкий — на отсадочной машине (табл. 262). Вопрос о экономической целесообразности обогащения экибастузских углей окончательна пока не решен.

Выветривание и окисление углей. Нижняя граница зоны выветрелых углей, непригодных для сжигания в пылевидном состоянии, обычно не опускается глубже 7—12 м от основания покровных отложений. Выше этой глубины уголь теряет свои физические и теплотехнические свойства и на выходах превращен в сажу. Исключение составляет участок 1, где зона угля, непригодного для использования, практически отсутствует. По-видимому, это обусловлено тем, что покровные отложения здесь представлены жирными палеогеновыми глинами мощностью до 7 м, предохранившими в какой-то мере уголь от интенсивного физического выветривания.

Нижняя граница зоны окисления углей, установленная по многочисленным специальным горным выработкам и буровым скважинам, пройденным по пачке 1а, не превышает 15—20 м от поверхности коренных пород (табл. 263).

Самовозгорание углей. Угли пачки 1a пласта 1 наиболее склонны к самовозгоранию. В 1921 г. в шахте 1, расположенной на площади ныне действующего разреза 2, возник подземный пожар, очаг которого, по-видимому, не был тогда локализован и продолжал распространяться и после закрытия шахты в 1925 г. Об этом свидетельствуют горные выработки разреза 2, вскрывшие по пачке 1a участки, охваченные в свое время пожаром до глубины 60 м.

Случаев самовозгорания углей пластов 1—3 в обнаженных добычных уступах разрезов, независимо от длительности влияния на них атмосферных осадков, не наблюдалось. Однако в разрыхленном и увлажненном состоянии уголь этих пластов склонен к самовозгоранию, поэтому к методам его хранения должны предъявляться повышенные требования. Уголь, уложенный в сухую погоду в штабеле с плотной послойной укаткой (через каждые 0,8—1,5 м по высоте), как показал опыт складирования его на Среднеуральской ГРЭС, надежно сохраняется в течение трех лет и более. При таком способе складирования случаи появления очагов самовозгорания редки и носят эпизодический характер.

Теплотехнические и другие свойства углей. Низшая теплота сгорания рабочего топлива экибастузских углей изменяется от 4080 до 4270 ккал/кг. Расход условного топлива на 1 квт*ч вырабатываемой на ТЭЦ электроэнергии составляет 0,447 кг.

Угли характеризуются средней твердостью. Относительный лабораторный коэффициент размолоспособности их (Кло) 1,3—1,4. Насыпной вес угольной пыли 0,7 т/м3.

Экономически оптимальная тонкость помола угля находится в пределах R90 = 14—20% (где R — остаток на сите с отверстиями в 90 микрон).

Экибастузский уголь, как показал опыт его использования на Среднеуральской ГРЭС, обладает хорошей сыпучестью. Явлений замазывания тракта топливоподачи, застревания или образования сводов в бункерах не наблюдалось.

Возможные направления использования углей. Экибастузские угли высокозольны, труднообогатимы, низкокалорийны и для использования в виде технологического топлива непригодны. Незначительна эффективность их применения и в топках слоевого сжигания, что связано с большими потерями в шлаке от механического недожога (10—15%). Поэтому экибастузские угли в пылевидном состоянии сжигаются в топках паровых котлов ТЭЦ и ГРЭС Урала и Казахстана (в 1968 г. 95% от общей добычи в бассейне).

Качество углисто-битуминозных аргиллитов из кровли пласта 1 характеризуется следующими показателями: влага аналитическая 2,1%, зольность 71,5%, теплота сгорания горючей массы по бомбе 7110 ккал/кг; выход продуктов полукоксования (на сухое топливо): полукокс 86,4 %, вода пирогенная 4,0%, смола 5,4%, газ И потери 4,2%. При выветривании они расслаиваются на тонкие пластинки, легко загораются от спички и издают при этом запах жженой резины.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна