Классификация углей бурых, каменных и антрацитов по размеру

Кусков (ГОСТ 19242-73)

 

Наименование класса	Условное обозначение	Размер кусков, мм
1	2	3
Плитный	П	100 – 200 (300)
Крупный	К	50 – 100
Орех	О	25 – 50
Мелкий	М	13 – 25
Семечко	С	6 – 13
Штыб	Ш	0 – 6
Рядовой	Р	0 - 200 (300)

Истинный удельный вес углей характеризуется весом плотной массы (органической и неорганической) на единицу объема этой массы. Кажущийся удельный вес определяется аналогично, но без исключения объема пор. Удельный вес органической (сухой беззольной) массы определяется за вычетом веса и объема минеральных веществ. Удельный вес угольного вещества существенно зависит от степени метаморфизма (содержания углерода) и изменяется по сложной кривой. Следует отметить, что в зависимости от соотношения петрографических составляющих удельный вес угля одной и той же степени метаморфизма может изменяться в широких пределах.

Насыпной вес угля зависит от ряда таких факторов, как размер фракций, их соотношение, количество внешней влаги, степень уплотнения и т.д. Поэтому его не следует относить к объективным характеристикам угля.

Наиболее характерные механические свойства углей – прочность и твердость.

Прочность рассматривается как свойство тел сопротивляться разрушению от действия приложенных напряжений. Прочность углей определяется количеством поперечных связей между углеродными сетками макромолекул угольного вещества. В малометаморфизированных углях с высоким содержанием кислорода жесткая связь между макромолекулами в значительной степени обусловлена кислородными связями. Увеличение прочности у более метаморфизированных углей связано с ростом углеродных сеток и их более плотной укладкой в пакеты с параллельным расположением. При этом увеличивается количество прочных межсеточных валентных связей. Исследованиями установлено, что наименее прочна витреновая петрографическая составляющая угля, а наиболее прочна – дюреновая.

По степени метаморфизма прочность углей изменяется достаточно закономерно. От длиннопламенных углей к жирным прочность постепенно уменьшается, а при более высокой степени метаморфизма увеличивается. Минимальную прочность имеют угли с содержанием углерода около 80% (типа жирных). Более высокую, но одинаковую прочность имеют угли с содержанием углерода около 70% (типа длиннопламенных) и ~ 90% (типа полуантрацита). Такая закономерность связана с изменением химической структуры углей.

В энергетике применяются методы, основанные на дробимости пробы в стандартных лабораторных шаровых мельницах по количеству раздробленного до определенного размера заданного веса угля в течение определенного периода. Размолоспособность определяют по сопоставлению остатка на сите с отверстиями 88 мкм с остатком, полученным таким же методом для антрацита. Исследованиями установлено, что наименее прочна витреновая петрографическая составляющая угля, а наиболее прочна – дюреновая.

По степени метаморфизма прочность углей изменяется достаточно закономерно. От длиннопламенных углей к жирным прочность постепенно уменьшается, а при более высокой степени метаморфизма увеличивается. Минимальную прочность имеют угли с содержанием углерода около 80% (типа жирных). Более высокую, но одинаковую прочность имеют угли с содержанием углерода около 70% (типа длиннопламенных) и ~ 90% (типа полуантрацита).

Однако следует отметить, что угли одинаковой степени метаморфизма могут существенно отличаться по прочности. Причина этого, по-видимому, в различии петрографического состава углей и химического состава минеральных включений, а также в характере их распределения в органической части угля.

Твердость – вторая важная механическая характеристика, определяемая методом вдавливания. Микротвердость отдельных петрографических составляющих различна. Наименьшей микротвердостью обладает лейптинит при низких стадиях метаморфизма, а при высоких он не отличается от витринита. Наиболее тверд фюзенит, его микротвердость не зависит от степени метаморфизма. Для всех углей с содержанием летучих веществ больше 10% этот показатель изменяется в пределах 10-30 кг/мм².

Коэффициент термического расширения углей изучен недостаточно.

Коэффициент теплопроводности существенно зависит от степени метаморфизма, плотности, зольности, влажности, трещиноватости, температуры и других факторов, поэтому трудно установить достаточно точные его значения.

Теплоемкость углей – одна из достаточно устойчивых характеристик. Она зависит от содержания летучих веществ, влажности, зольности. С увеличением степени метаморфизма величина теплоемкости снижается С ≈ 1,34 ¸ 1,42 кДж/кг· град при содержании летучих веществ =50% до 1,0 ¸ 1,05 кДж/кг· град при =10%. Наиболее резко она снижается при содержании углерода более 90%. С повышением температуры до 300°С теплоемкость увеличивается примерно по зависимости:

 

 кДж/кг· град.           (2.1)

 

Значения константы A:

 

жирные угли ( = 26 %) A=1,059;

тощие        ( = 9 %) A=0,913;

кеннельские ( = 50 %) A=1,235.

Общий вид зависимости средней удельной теплоемкости от температуры для углей с различным содержанием летучих веществ и с учетом влияния золы и влаги может быть представлен следующим уравнением:

 

,             (2.2)

 

где - содержание летучих веществ на сухую массу, %; - содержание органической массы, золы и влаги на рабочую массу угля соответственно, %.

    Теплоемкость кокса

 

,                                                (2.3)

 

где - содержание в коксе золы, летучих веществ и углерода на сухую массу, %;  - теплоемкость золы (кварца) и углеродистого вещества (графита) в пределах температур от 0 до t;  - удельный вес летучих веществ ~ 0,45 кг/см³.

Электросопротивление углей существенно зависит от петрографического состава и степени метаморфизма. Витринит имеет удельное сопротивление около 3×10⁸ Ом×см, фюзинит примерно в 10 раз меньше. С уменьшением углерода удельное электросопротивление падает. Для смеси петрографических ингредиентов сохраняется правило аддитивности и для углей и для их коксов.

Наиболее высоким удельным электросопротивлением обладают угли средней степени метаморфизма (10¹² Ом ×см). Более низкое удельное сопротивление бурых углей 10⁹¸10¹¹ Ом×см связано с наличием кислородных мостиков, а высокое тощих углей и антрацитов – с увеличением размеров и количества углеродных сеток, степени их упорядоченности и сближения. Следовательно, закономерность электропроводности аналогична удельному весу и теплопроводности.

С ростом температуры электрическое сопротивление всех углей и их петрографических составляющих резко снижается до 700¸800°С. При более высоких температурах снижение незначительное. Для графитов и углей высокой степени метаморфизма характерно существенное различие электрического сопротивления параллельно и перпендикулярно базисным плоскостям углеродных сеток. Удельное электросопротивление параллельно углеродным сеткам на три порядка меньше, чем в перпендикулярном направлении.