Каменный уголь физические свойства: 7.2.2. Физические свойства — Энергетика: история, настоящее и будущее

Каменный уголь. Физические и химические свойства

Каменный уголь — осадочная порода,
представляющая собой продукт глубокого разложения
остатков растений (древовидных папоротников,
хвощей и плаунов, а также первых голосеменных
растений). Большинство залежей каменного угля было
образовано в палеозое, преимущественно в
каменноугольном периоде, примерно 300-350
миллионов лет тому назад.
• Каменный уголь, твёрдое горючее полезное
ископаемое; разновидность углей ископаемых с более
высоким содержанием углерода и большей плотностью,
чем у бурого угля. Представляет собой плотную породу
чёрного, иногда серо-чёрного цвета с блестящей,
полуматовой или матовой поверхностью. Содержит 75—
97% и более углерода; 1,5—5,7% водорода; 1,5—15%
кислорода; 0,5—4% серы; до 1,5% азота; 45—2% летучих
веществ; количество влаги колеблется от 4 до 14% ; золы
— обычно от 2—4% до 45%. Высшая теплота сгорания,
рассчитанная на влажную бенззольную массу К. у., не
менее 23,8 Мдж/кг (5700 ккал/кг).
• По химическому составу каменный уголь представляет
собой смесь высокомолекулярных ароматических
соединений с высокой массовой долей углерода, а также
воды и летучих веществ с небольшими количествами
минеральных примесей . Такие примеси при сжигании
угля образуют золу. Ископаемые угли отличаются друг
от друга соотношением слагающих их компонентов, что
определяет их теплоту сгорания. Ряд органических
соединений, входящих в состав каменного угля, обладает
канцерогенными свойствами.

5. Образование угля

Для образования угля необходимо обильное накопление
растительной массы. В древних торфяных болотах,
начиная с девонского периода, накапливалось
органическое вещество, из которого без доступа
кислорода формировались ископаемые угли. Большинство
промышленных месторождений ископаемого угля
относится к этому периоду, хотя существуют и более
молодые месторождения. Возраст самых древних углей
оценивается примерно в 350 миллионов лет. Уголь
образуется в условиях, когда гниющий растительный
материал накапливается быстрее, чем происходит его
бактериальное разложение
• . Идеальная обстановка для этого создаётся в болотах,
где стоячая вода, обеднённая кислородом, препятствует
жизнедеятельности бактерий и тем самым предохраняет
растительную массу от полного разрушения. На
определённой стадии процесса выделяемые в ходе его
кислоты предотвращают дальнейшую деятельность
бактерий. Так возникает торф — исходный продукт для
образования угля. Если затем происходит его
захоронение под другими наносами, то торф испытывает
сжатие и, теряя воду и газы, преобразуется в уголь.
• Под давлением наслоений осадков толщиной в 1
километр из 20-метрового слоя торфа получается
пласт бурого угля толщиной 4 метра. Если глубина
погребения растительного материала достигает 3
километров, то такой же слой торфа превратится в
пласт каменного угля толщиной 2 метра. На
большей глубине, порядка 6 километров, и при
более высокой температуре 20-метровый слой торфа
становится пластом антрацита толщиной в 1,5
метра.
• В результатах движения земной коры угольные
пласты испытывали поднятие и
складкообразование. С течением времени
приподнятые части разрушались за счет эрозии
или самовозгорания, а опущенные сохранялись
в широких неглубоких бассейнах, где уголь
находится на уровне не менее 900 метров от
земной поверхности

10. Добыча угля

Способ добычи угля зависит от глубины его
залегания. Разработка ведется открытым
способом в угольных разрезах, если глубина
залегания угольного пласта не превышает 100
метров..
• Нередки и такие случаи, когда при все большем
углублении угольного карьера далее выгодно
вести разработку угольного месторождения
подземным способом. Для извлечения угля с
больших глубин используются шахты. Самые
глубокие шахты добывают уголь с уровня чуть более
1200 метров.

12. УГОЛЬ — физические свойства

Температура кипения: >4000°C
Температура плавления: >3500°C
Относительная плотность (вода = 1):
1. 8-3.51
Растворимость в воде: нерастворимо
•Каменный уголь — это углерод в чистом
виде, спрессованный под большим давлением
настолько, что молекулы углерода
приблизились друг к другу образовав
кристаллическую решетку. То есть, чем больше
молекул соединены вместе, тем плотнее
получается материал. При максимальном
сжатии (соединении каждой молекулы со всеми
соседними) получается уже не уголь, а алмаз.
Таким образом, грифель (уголек в карандаше),
уголь, и алмаз имеют одну формулу «C», а
отличаются лишь строением кристаллической
решетки. УГОЛЬ — химическая формула: C
• У каменного угля нет конкретной
хим.формулы. Это ископаемый уголь
средней степени углефикации, содержит в
горючей массе от 75% до 92 % углерода,
от 7 до 72 % летучих веществ.
Подразделяется на марки:
длиннопламенные,газовые, газовожирные, жирные, коксово-жирные,
коксовые, отощённоспекающиеся, тощие,
слабоспекающиеся.
• По размеру получаемых при добыче
кусков Каменного угля классифицируется
на: плитный (П) — более 100 мм, крупный
(К) — 50—100 мм, орех (О) — 26—50 мм,
мелкий (М) — 13—25 мм, семечко (С) —
6—13 мм, штыб (Ш) — менее 6 мм,
рядовой (Р) — не ограниченный
размерами. Принадлежность к марке и
крупность кусков К. у. обозначаются
буквенными сочетаниями
• В угленосных отложениях
наряду с углем содержатся
многие виды георесурсов,
обладающих потребительской
значимостью. К ним относятся
вмещающие породы как сырье
для стройиндустрии,
подземные воды, метан
угольных пластов, редкие и
рассеянные элементы, в том
числе ценные металлы и их
соединения. Например,
некоторые угли обогащены
германием.

Торф и бурый уголь способны очистить реки и озера от радиоактивных веществ


Группа российских ученых из Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН и МГУ исследовала способность различных природных материалов поглощать радиоактивные элементы. Лучшими среди них оказались торф и бурый уголь: они эффективно сорбируют и удерживают различные радионуклиды, которые возникают в результате работы АЭС и содержатся в ядерных захоронениях. Результаты опубликованы в журнале Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry.


По данным Росэнергоатома в 2018 году в мире функционировало 454 ядерных реактора, 37 из которых находятся на территории РФ. Каждый из них обеспечивает электричеством огромное количество домов и предприятий, однако они также могут представлять серьезную опасность. Вред могут нанести не только аварии на станциях, но и ядерные отходы.


«Восстановление приповерхностных хранилищ и отвалов требует серьезной проработки и модернизации. Об этом свидетельствует наличие всем известных проблемных объектов: опасные загрязнения в Усолье-Сибирское Иркутской области, склон с радиоактивными отходами у Московского завода полиметаллов, озеро Карачай с радиоактивными отходами в Челябинской области. Проблема многих объектов — близость рек, озер, болот, а потому возникает необходимость применения фильтрационных барьеров для эффективной сорбции отдельных элементов-загрязнителей», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Петр Белоусов, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник ИГЕМ РАН.


Исследовательская группа из Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН и Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова поставила перед собой задачу: выявить такие природные сорбенты, которые не требуют сложной подготовки, будут дешевыми в использовании и безопасными для окружающей среды, а также имеют высокий коэффициент поглощения урана. Ученые отобрали минеральные и органические сорбенты: глауконит, цеолит, диатомит, торф, шунгит, каменный и бурый уголь. У всех образцов изучили физические свойства, минеральный и химический состав. После этого начались эксперименты по сорбции и десорбции радионуклидов урана, цезия, стронция и нептуния. Результаты показали, что максимальная сорбция урана происходит при нейтральных значениях рН, а в кислых и щелочных условиях интенсивность процесса снижается. У торфа и бурого угля оказались самые прочные связи с ураном. Это объясняется большим количеством кислородсодержащих функциональных групп на поверхности сорбентов, с которыми уран и образует сильные связи в составе комплексов. Однако использование торфа и бурого угля не будет панацеей от всего.


«Практически каждый радионуклид обладает своими специфическими свойствами, присущими только ему. Это касается и механизмов сорбции, и прочности связей с сорбентом, и влияния рН среды и многого другого. В то же время у каждого минерала есть свои структурные особенности, которые лучше подходят для того или иного радионуклида. Поэтому решение о применении материала принимается не только на основании его сорбционной способности, но и с учетом многих других факторов», — рассказывает Петр Белоусов.


Основной проблемой применения природных сорбентов на реальных очистительных объектах является их низкая стабильность: то есть они меняют свои физико-механические свойства во времени. В лабораторных условиях образцы минералов и горных пород могут показать высокие сорбционные характеристики, но в натурных экспериментах гранулы сорбента начинают разрушаться, образовывать коллоидальную фракцию, а поверхность фильтра начинает заиливаться, что приводит к постоянному снижению коэффициента фильтрации. Достоинством бурого угля является относительная прочность гранул, торф также имеет хорошую стабильность.   


Для очистки загрязненных вод предполагается использовать технологию «Воронка и ворота» (от англ. «Funnel and Gate»). Она хорошо подходит для объектов с неконтролируемым потоком вод, например, грунтовых. По периметру объекта монтируется водонепроницаемая стенка (гидроизоляция), которая задает направление потока к проницаемому барьеру. Технология относится к пассивной системе очистки, то есть грунтовые воды естественным образом протекают к фильтрационному барьеру без помощи насосов. Помимо стабильности, органические сорбенты после отработки могу сжигаться, что значительно упростит задачу утилизации отработанных фильтров.


Результаты проекта вызвали интерес у производственных компаний, добывающих природные сорбенты. На данный момент ученые начали сотрудничество с компанией ЦеоТрейдРесурс, которая занимается разработкой Хотынецкого месторождения (Орловская область). Результаты экспериментов показали эффективность данного минерального сырья для сорбции некоторых радионуклидов, тяжелых металлов и органических загрязнителей.


Исследования выполнены при финансовой поддержке Российского научного фонда, проект № 18-77-00015 «Инновационные сорбционные фильтрационные композиции для решения вопросов обеспечения безопасности объектов ядерного наследия».

Уголь | Geoscience Australia

Введение

Бурый уголь, полубитуминозный черный уголь (R30126) и битуминозный черный уголь. Источник: Geoscience Australia.

Уголь классифицируется как осадочная горная порода. Это обычное невозобновляемое топливо, используемое в основном для производства электроэнергии. Это ископаемое топливо, потому что оно образуется из мертвых растений. Качество угля зависит от того, как он образовался; поскольку органическое вещество подвергается большему нагреву и давлению, содержание углерода увеличивается.

Свойства

Уголь представляет собой горючую породу, состоящую в основном из углерода вместе с различными количествами других элементов, в основном водорода, серы, кислорода и азота. Уголь встречается в виде слоев, называемых угольными пластами или угольными пластами, которые находятся между другими осадочными породами. Уголь немного плотнее воды, но менее плотен, чем большинство горных пород земной коры. Плотность варьируется в зависимости от того, насколько пористым (дырявым) является уголь. Иногда поры содержат газ, называемый метаном.

Запасы угля на угольном терминале Порт-Варата, Новый Южный Уэльс. Источник: Мишель Купер, Geoscience Australia.

Свойства угля различаются в зависимости от того, сколько углерода содержится в угле  (марка угля). Черный уголь назван так из-за его цвета; он варьируется от яркого, блестящего до очень тусклого и от относительно твердого до мягкого. Термин «черный уголь» используется в Австралии для обозначения антрацита, а также битуминозных и полубитуминозных углей. Бурый уголь также называют лигнитом; он содержит меньше углерода и поэтому имеет меньшую химическую потенциальную энергию, чем черный уголь, и содержит больше влаги.

Тип угля / материала Другие названия

Свойства на беззольной основе)

Торф

  Органический осадок. Считается предшественником угля. Менее 60%
Бурый уголь Бурый уголь Обычно имеет цвет от желтого до темно-коричневого и может иметь древесный вид или узнаваемые растительные структуры. От 60 до 70%
Каменный уголь Полубитуминозный уголь Черный бурый уголь Цвет от темно-коричневого до черного. Он не имеет древесного вида и часто имеет чередующиеся полосы матового и яркого материала. 70-76%
Битуминозный уголь Мягкий уголь, энергетический уголь или каменный уголь. Плотная, обычно черная, но иногда и темно-коричневая порода, часто с четко выраженными полосами яркого и матового материала. Тусклые полосы могут содержать осадочные минеральные зерна. От 76 до 86%
Антрацит Каменный уголь Твердый блестящий черный уголь. Это высший сорт угля, что означает самое высокое содержание углерода. Более 86%

Использование

Схема типичной угольной электростанции с паровым циклом (слева направо). Уголь, сжигаемый в котле, нагревает воду для производства пара. Пар вращает турбину, которая приводит в действие генератор. Источник: Wikimedia Commons

Бурый и каменный уголь в основном используются в качестве источника топлива для электростанций. При сжигании угля выделяется тепло, которое используется для производства пара, поэтому уголь иногда называют энергетическим или паровым углем. Пар вращает турбины для выработки электроэнергии. В Австралии в 2017 году уголь использовался для производства около 60% потребности страны в электроэнергии. Использование бурого угля для производства электроэнергии проблематично из-за высокого содержания воды. Он легко крошится на воздухе, что снижает его ценность в качестве топлива и требует специального хранения. Известно также, что он может самовозгораться. С 19В 70-х годах количество природного газа, используемого для выработки электроэнергии, увеличилось, а использование угля для производства электроэнергии постепенно сократилось. Количество парниковых газов, образующихся при сжигании газа для получения энергии, намного меньше, чем объем, производимый при сжигании угля.

Некоторые виды битуминозного угля используются для получения необходимого сырья для производства стали — кокса. Этот тип угля также называют металлургическим (сталеплавильным) углем, и он перерабатывается для производства кокса. Кокс представляет собой твердое пористое вещество, состоящее примерно из 90 % углерода жизненно важно для производства стали, которая используется в миллионах изделий, таких как автомобили, грузовики, пожарные машины, холодильники и мосты.

Уголь и торф до сих пор используются для отопления жилых и коммерческих помещений в некоторых частях мира (например, в Ирландии и Финляндии). В обезвоженном виде торф является высокоэффективным абсорбентом разливов топлива и нефти на суше и в воде. Он также используется в качестве кондиционера для почвы, чтобы сделать ее более способной удерживать и медленно выделять воду.

Уголь — важный ингредиент, используемый в шампунях, кондиционерах, косметике; зубная паста и моющие средства. Источник: Geoscience Australia.

Уголь также является важным источником легких ароматических углеводородов для промышленности химического синтеза. При нагревании угля образующиеся газы и отходы можно использовать в производстве пластмасс, взрывчатых веществ, красителей, смолы, аммиака, лекарств, аспирина, мыла, дезинфицирующих средств, моющих средств, нейлона, косметики, шампуня, зубной пасты, синтетического каучука, удобрений, цемента, кирпичей. и плитка. Это важный ингредиент, используемый в фильтрах для очистки воды и воздуха, а также в аппаратах для почечного диализа. Кроме того, уголь используется для производства углеродного волокна, очень прочного и легкого материала, используемого в строительстве, горных велосипедах и теннисных ракетках.

Гагат, компактная форма бурого угля, иногда полируется и используется в качестве декоративного камня. Графит, который часто ассоциируется с углем, почти полностью состоит из углерода; он в основном используется в карандашах и в порошке в качестве смазки.

История

Угольная шахта Тяньгун Кайву. Источник: Wikimedia Commons

Самое раннее известное использование угля относится к району Шэньян в Китае около 4000 г. до н.э., где из черного лигнита вырезали украшения. Уголь из шахты Фушунь на северо-востоке Китая использовался для выплавки меди еще в 1000 году до н. э. Марко Поло, итальянец, путешествовавший по Китаю в 13 веке, описал уголь как «черные камни… которые горят, как бревна», и сказал, что угля так много, что люди могут принимать горячие ванны три раза в неделю.

Уголь использовался в Британии в эпоху бронзы (3000-2000 гг. до н.э.) в погребальных кострах (деревянная конструкция, используемая для сжигания тела). К концу второго века н.э. римляне добывали уголь в Англии и Уэльсе. Свидетельства торговли углем (датированные примерно 200 годом нашей эры) были обнаружены в римском поселении недалеко от Честера и в Восточной Англии. В Рейнской области римляне использовали залежи битуминозного угля для выплавки железной руды. В 1257–1259 годах уголь из Ньюкасл-апон-Тайн доставлялся  в Лондон для кузнецов и обжигателей извести, которые строили Вестминстерское аббатство.

Легкодоступные источники угля в значительной степени истощились (или не могли удовлетворить растущий спрос) к 13 веку, когда была развита подземная добыча шахтным способом. Альтернативное название было «каменный уголь», потому что его добывали в шахтах. Когда паровые двигатели заменили водяные колеса во время промышленной революции, масштабы добычи и использования угля выросли. В 1700 году пять шестых мировых запасов угля добывались в Британии.

В Австралии черный уголь был впервые обнаружен в Ньюкасле в 179 г.1, а добыча и экспорт угля начались в 1799 году. Эта ранняя деятельность по добыче угля внесла значительный вклад в развитие европейского поселения в Австралии. Распространение поселенцев в другие места Австралии привело к дальнейшим открытиям. Добыча черного угля велась недалеко от Ипсвича, Квинсленд, в 1825 году; на мысе Патерсон, Виктория, в 1826 году; и река Ирвин, Западная Австралия, в 1846 году. Сведения о существовании бурого угля в Виктории восходят к 1857 году, а добыча на карьере Яллорн-Норт началась в 1889 году. . В 1878 году в зоопарке Таронга должна была находиться подземная угольная шахта, пока парламент не остановил горнодобывающую компанию. Вместо этого уголь добывался в Бальмене до 1931 года.

Формирование

Формирование различных типов угля. Источник: М. Суини.

Уголь образуется в осадочных бассейнах. Осадочные бассейны – это регионы, в которых Земля опустилась или затонула. Затем вода и отложения стекают в бассейн и заполняются слоями отложений. Ресурсы каменного угля в Австралии варьируются от пермского до юрского возраста (29от 9 до 145 миллионов лет), хотя большинство из них относятся к пермскому возрасту. В это время климат в Австралии был теплым, а Восточная Австралия, включая бассейн Сиднея, была покрыта большими извилистыми реками, топями, трясинами и топями. Отложения, отложившиеся в этих средах, в конечном итоге сформировали горные породы, такие как сланцы, песчаники и уголь. Бурый уголь в Австралии образовался позже, чем каменный. В основном они относятся к палеогеновому возрасту (от 66 до 23 миллионов лет).

Уголь — это осадочная горная порода, образовавшаяся, когда обильный растительный материал покрывается отложениями, и этот материал накапливается быстрее, чем может разлагаться. Вес вышележащих отложений уплотняет органические слои, повышая температуру и давление, что приводит к физическим и химическим изменениям в растительном материале. Вода, углекислый газ и метан образуются и улетучиваются, поэтому материал постепенно обогащается углеродом. С течением времени, при более высокой температуре и давлении растительный материал сначала превращается в торф, затем превращается в бурый уголь, затем в полубитуминозный уголь, битуминозный уголь и, наконец, в антрацит.

Ресурсы

Австралия занимает четвертое место в мире по запасам угля. С конца 1700-х годов в Австралии было добыто около 9100 миллионов тонн черного угля и около 2300 миллионов тонн бурого угля, и эта отрасль по-прежнему обеспечивает значительные рабочие места, капиталовложения, а также внутренний и экспортный доход для национальной экономики.

Угольные месторождения и шахты Австралии (2017 г.). Источник: Geoscience Australia

Ресурсы черного угля находятся в Новом Южном Уэльсе, Квинсленде, Южной Австралии, Тасмании и Западной Австралии, но на Новый Южный Уэльс и Квинсленд приходится наибольшая доля общих выявленных ресурсов Австралии. Эти два штата также являются крупнейшими производителями угля. Основными бассейнами добычи черного угля в Австралии являются бассейн Боуэн (Квинсленд) и бассейн Сиднея (Новый Южный Уэльс). Местные важные операции по добыче черного угля также включают Колли в Западной Австралии и Фингал и Кимболтон в Тасмании.

Бурый уголь встречается в Южной Австралии, Западной Австралии, Тасмании, Квинсленде и Виктории. В бассейне Гиппсленд в штате Виктория находится крупное месторождение мирового класса, толщина пластов которого может достигать 330 м. Бассейн Отуэй (Виктория), бассейн Мюррей (Виктория и Южная Австралия), бассейн Северный Сент-Винсент (Южная Австралия) и бассейн Юкла (Западная Австралия) также содержат значительные ресурсы бурого угля. Незначительные ресурсы находятся в бассейне Лонгфорд в Тасмании. В настоящее время бурый уголь добывается только в штате Виктория, где карьеры в Лой-Янг и Яллорн поставляют уголь на близлежащие электростанции. В Мэддингли также добывают бурый уголь для производства почвенных кондиционеров и удобрений. Другие продукты из бурого угля Виктории – это брикеты для промышленного и бытового использования, а также низкозольные и малосульфидные полукоксовые продукты.

Уголь является одним из крупнейших экспортных товаров Австралии с годовым объемом экспорта. В 2016 году экспорт угля из Австралии в основном шел в Японию, Индию, Европейский Союз, Республику Корея и Тайвань; они стоили около 40 миллиардов долларов.

Дополнительная информация о ресурсах и добыче угля, а также информация об установленных минеральных ресурсах Австралии.

Горнодобывающая промышленность

В Австралии почти 80% угля добывается открытым способом, в отличие от остального мира, где на открытую добычу приходится только 40% добычи угля. Открытая добыча возможна, поскольку угольные пласты находятся близко к поверхности. Такая добыча дешевле, чем подземная, и позволяет до 90 % восстановление ресурса. Многие пласты бурого угля залегают близко к поверхности и могут иметь толщину в сотни метров, поэтому их можно легко и дешево добывать. Во-первых, верхний слой почвы снимается и хранится для последующего использования при восстановлении нарушенных земель. Поверхностная порода (называемая вскрышной породой), покрывающая уголь, затем взрывается с помощью взрывчатых веществ и удаляется экскаваторами. Непокрытый уголь, в свою очередь, подвергается взрывным работам, чтобы разбить слои, и загружается в большие грузовики, которые могут вместить до 300 тонн материала. Уголь транспортируется на обогатительную фабрику, где удаляются примеси.

Уголь, залегающий глубже нескольких сотен метров под поверхностью, должен добываться двумя способами подземной добычи. Некоторое количество угля добывается методом Борда и Столба. Здесь машина постоянно врезается в уголь. Он прокладывает туннели через угольные пласты, оставляя столбы, поддерживаемые кровельными болтами, чтобы удерживать крышу. Альтернативой является разработка длинными забоями, при которой используется большой режущий диск, разрезающий угольный пласт и удаляющий угольный пласт. Затем уголь транспортируется на поверхность по ленточному конвейеру. После того, как уголь добыт, машину демонтируют и перемещают в другую часть шахты, позволяя кровле позади обрушиться.

Технический прогресс привел к внедрению автоматизированных систем разработки длинными забоями. Кроме того, некоторые горнодобывающие компании используют беспилотные грузовики, поезда и дроны для повышения безопасности и сбора информации.

Переработка

Каменный уголь можно использовать без какой-либо обработки, но обычно его дробят, просеивают и сортируют в соответствии с требованиями заказчика. Иногда его также промывают, чтобы удалить остатки минералов, которые не сгорают. Это улучшает качество и снижает образование золы при сжигании угля. Чтобы промыть уголь, его помещают в резервуары с жидкостями и химикатами, которые помогают извлекать больше угля, когда он всплывает на поверхность. Затем уголь оставляют сохнуть. Он хранится в соответствии с размером и может смешиваться, опять же, в соответствии с требованиями заказчика. Оттуда он складируется или хранится в контейнерах, готовых к транспортировке автомобильным или железнодорожным транспортом.

Уголь более низкого качества, такой как полубитуминозный или бурый уголь, может быть очищен для удаления влаги и других примесей. Это повышает эффективность использования угля в качестве топлива и снижает выбросы парниковых газов и других загрязняющих веществ при сжигании угля. В штате Виктория бурый уголь очищается с помощью процесса холодной сушки. Механические ножницы используются для дробления угля на мелкие частицы, высвобождая воду, которая удерживалась в порах (отверстиях) угля. В процессе получается более плотный уголь в виде гранул.

Дополнительная информация

Дополнительная информация о ресурсах и производстве
Черный уголь
Бурый уголь

UP: Глоссарий угля

Перейти к:

    Переключать

  • А-Б
  • С
  • Д-Е
  • ФГ
  • Н-К
  • Л-Н
  • O-Q
  • Р-С
  • Т-З
  • Каталожные номера

Вершина

A-B

Антрацит
Твердый плотный уголь с сильным блеском и низким содержанием серы. Антрацит состоит из менее летучих веществ, чем битуминозный уголь, что обеспечивает его почти несветящееся пламя. Обширные месторождения антрацита, представляющие большую часть запасов США, расположены в Пенсильвании и используются в основном для отопления домов. Диапазон теплосодержания составляет более 14 000 БТЕ/фунт.

Зола
Негорючий и неорганический компонент угля, остающийся после полного сжигания. Зола не имеет теплотворной способности.

Температура плавления золы

  1. Температура начальной деформации
    Температура, при которой вершина конуса золы начинает округляться.
  2. Температура размягчения
    Температура, при которой конус пепла сливается в сферический комок.
  3. Температура жидкости
    Температура, при которой конус пепла распространяется по основанию плоским слоем.
    • 2600 градусов по Фаренгейту – высокая температура плавления золы.
    • 2100 градусов по Фаренгейту — самая низкая примерная температура плавления золы углей в Пенсильвании и Западной Вирджинии.
    • 1950 градусов по Фаренгейту – температура плавления пепла нескольких углей, расположенных в Огайо.
    • 1850 градусов по Фаренгейту – приблизительная температура плавления пепла углей, расположенных в Иллинойсе и Индиане.

ASTM
Американское общество испытаний и материалов. ASTM предоставляет систему классификации угля, а также другие параметры испытаний.

Шнековая добыча
Метод добычи после открытых горных работ, при котором удаление вскрышных пород становится слишком дорогостоящим. Шнек обычно работает в горизонтальной плоскости, бывает секционным, а диаметр зависит от высоты угля.

Обратная засыпка
Операция по повторной засыпке участка, где вскрышные породы были удалены, включая планировку повторно засыпанной выемки.

Базовая нагрузка
Уровни выработки электроэнергии генерирующими станциями, необходимые для удовлетворения постоянного спроса. Установки для производства базовой нагрузки обычно представляют собой обычные паровые, атомные и крупные гидроэлектростанции. (b)

Битуминозный уголь
Твердое, черное, горючее вещество, образовавшееся из разложившегося растительного материала, подвергавшегося давлению, температуре и влаге в течение миллионов лет. Различные условия образования приводят к различному химическому составу угля и теплосодержанию. Битуминозный уголь является одной из нескольких фаз эволюционного процесса разработки, который включает (от наименее освоенного к наиболее освоенному): торф, лигнит (иногда называемый бурым углем), суббитуминозный, битуминозный, антрацит (иногда называемый каменным углем) и графит. Последние фазы, как правило, испытали большие экстремальные значения давления, температуры и времени. Он используется для производства электроэнергии в некоторых частях страны и для преобразования в синтетический газ.

Разгрузка с нижней разгрузкой
Способ разгрузки вагонов с открытым верхом. Эти вагоны имеют разгрузочные ворота, расположенные в нижней части каждой секции бункера. Они могут иметь ряд разгрузочных ворот (пилообразные бункеры) или систему, в которой вся опорная зона угля открывается для быстрой разгрузки. (f)

БТЕ
Британская термальная единица. Количество тепла, необходимое для повышения температуры одного фунта воды на один градус по Фаренгейту при нормальных условиях.

БТЕ (при получении)
Указывает теплотворную способность угля в месте потребления.

БТЕ (на сухую основу)
Метод анализа топлива, при котором влага удаляется, а другие компоненты пересчитываются до 100 процентов.

Вершина

C

Стандарты чистого воздуха

несоответствие менее 0,8%
соответствие от 0,8% до 1,1%
несоответствие более 1,1%

Технология чистого угля
Из-за проблем с загрязнением окружающей среды при сжигании угля предпринимаются дополнительные усилия по разработать лучшие технологии контроля или сокращения выбросов. Эти технологии применяются для очистки самого угля от примесей, повышения эффективности процесса сжигания и/или улучшения систем улавливания загрязняющих веществ для улетучивающихся продуктов сгорания.

Уголь
Включает все марки угля – антрацит, битуминозный уголь, полубитуминозный уголь и лигнит. (b)

Угольный пласт
«пласт» или пласт угля. Термин «пласт» обычно применяется к крупному месторождению угля.

Промывка угля
Процесс разделения угля различных размеров, плотности и формы путем осаждения его в жидкости.

Когенераторы
Как правило, промышленные, коммерческие или другие производители, использующие пар, тепло или результирующую энергию для двойного использования: обработки материалов и производства электроэнергии. Когенераторы могут продавать излишки электроэнергии местным коммунальным предприятиям. (б)

Кокс (уголь)
Как правило, кокс производится из битуминозного угля (или смесей битуминозного угля), из которого удаляются летучие компоненты путем обжига в печи при температуре до 2000 градусов по Фаренгейту, так что связанный углерод и зола сплавляются вместе. Кокс твердый и пористый, имеет серый субметаллический блеск. Он используется как в качестве топлива, так и для химических реакций при плавке железной руды в доменной печи при производстве чугуна и стали. Кокс имеет теплотворную способность от 13 000 до 14 000 БТЕ/фунт.

Коксовая мелочь
После процесса просеивания мельчайшие частицы кокса остаются в виде остатка.

Коксовая пуговица
Кусок кокса размером с пуговицу, полученный в ходе лабораторных испытаний характеристик коксования или свободного набухания угля. Коксовым кнопкам присваиваются числовые обозначения от одного до девяти в зависимости от степени набухания в процессе коксования.

Комбайн непрерывного действия
Механическая горная машина, состоящая из режущей головки, углесборного устройства, цепного конвейера с гибкой погрузочной стрелой и шасси на гусеничном ходу. Его функция заключается в добыче полезных ископаемых и их погрузке в челночные вагоны или системы непрерывной перевозки. Он имеет электрический привод с гидравлической подсистемой для вспомогательных функций. Питание подается по тянущемуся кабелю. (с)

Контурная вскрыша или разработка открытым способом
Удаление вскрышных пород и добыча полезных ископаемых из угольного пласта, который выходит на поверхность или приближается к поверхности примерно на одной высоте, в крутых или горных районах. (в)

Вершина

D-E

Глубокая шахта
Подземная угольная шахта.

База подтвержденных запасов
Собирательный термин для суммы запасов угля как в измеренных, так и в установленных категориях ресурсов надежности, который представляет 100 процентов запасов угля на определенную дату. Включает пласты битуминозного угля и антрацита толщиной 28 дюймов или более и пласты полубитуминозного угля толщиной 60 дюймов или более, которые залегают на глубине до 1000 футов. Включает пласты лигнита толщиной 60 дюймов и более, которые можно добывать открытым способом. Включает также более тонкие и/или более глубокие пласты, которые в настоящее время разрабатываются или для которых есть доказательства того, что в настоящее время они могут быть добыты в промышленных масштабах. Представляет ту часть выявленных запасов угля, по которой рассчитываются запасы. (ч)

Распределенная мощность (DP)
Поезд, в котором от одного до четырех локомотивов размещены в различных точках поезда. Машинист ведущего локомотива управляет распределенными локомотивами. Поезда DP длиннее, но имеют улучшенное управление тормозами и уменьшенный люфт.

Уголь двойного грохочения
Процесс сортировки угля. Минимальные и максимальные размеры достигаются при пропускании угля через одно сито и через второе сито.

Драглайн
Вскрышная машина, используемая при вскрытии угольных пластов благодаря большому радиусу действия и способности отбрасывать породу дальше от карьера. Используется для добычи угольных пластов средней глубины. (h)

Сухой уголь
Влага, неотъемлемый компонент угля, требует тепла для ее испарения и выделения в продуктах сгорания. Поверхностная влага в холодном климате усугубляет проблемы с управлением. Нормальная атмосферная сушка угля ускоряется за счет пропускания горячих дымовых газов над или через пласты угля, подлежащие сушке (обычно это металлургический уголь).

Вершина

F-G

Связанный уголь
Горючий остаток, остающийся после удаления летучих веществ путем нагревания угля.

Сжигание в псевдоожиженном слое
Система сжигания угля, которая привлекла внимание в США из-за ожидаемой способности производить низкие выбросы диоксида серы и оксида азота наряду с высокой общей эффективностью. Уголь сжигается, когда он смешивается с другими материалами и взвешивается в пространстве восходящим потоком воздуха и дымовых газов. Этот слой взвешенных частиц движется подобно кипящей жидкости. (е)

Летучая зола
Мелкодисперсные частицы золы, уносимые газами в результате сгорания топлива.

Ископаемое топливо
Любое природное топливо органического происхождения, такое как уголь, сырая нефть или природный газ.

Пароэлектрическая электростанция, работающая на ископаемом топливе
Электростанция, в которой первичным двигателем является турбина, вращаемая паром высокого давления, вырабатываемым в котле за счет тепла от сжигания ископаемого топлива. (б)

Хрупкость
Склонность угля крошиться или раскалываться на мелкие кусочки.

Газификация
Производство газообразного топлива из угля для бытовых, коммерческих и промышленных нужд. Тип процесса преобразования определяет теплотворную способность производимого газа.

Индекс измельчаемости
Указывает на легкость измельчения угля по сравнению с эталонным углем. Этот показатель полезен при оценке производительности мельницы. Двумя наиболее распространенными методами определения этого индекса являются метод измельчаемости Хардгроува и метод измельчения в шаровой мельнице. Угли с низким индексом труднее измельчить. (с)

Вершина

H-K

Индекс измельчаемости Hardgrove
Показатель относительной легкости измельчения угля. По шкале от одного до 100, чем ниже значение, тем тверже уголь.

Гидроэнергетика
Электроэнергия, вырабатываемая электростанцией, турбины которой приводятся в движение падающей водой.

Собственная влага
Влага, остающаяся в угле после естественной сушки на воздухе. В общем, влага, которая присутствует в угле в пласте. (а)

Киловатт (кВт)
Тысяча ватт (см. также Мегаватт).

Вершина

L-N

Лигнит
Коричневато-черный уголь с древесной структурой, с меньшим содержанием связанного углерода и большим содержанием летучих веществ и кислорода, чем антрацит или битуминозный уголь. Теплосодержание колеблется до 8300 БТЕ/фунт. (c)

Разгрузочная площадка
Основное назначение разгрузочной площадки — погрузка угля в железнодорожные вагоны, баржи или грузовики для перевозки к месту назначения. Важные элементы такого объекта включают некоторые или все из следующих элементов: перемещение угля из шахты в отвалы или силосы для хранения; подготовка угля к отгрузке; взвешивание и погрузка с помощью оборудования, которое варьируется от одиночных фронтальных погрузчиков, работающих из угольной кучи, до сложных конвейеров с компьютерным управлением, уравнительных бункеров, желобов и ворот. Угольные эшелоны обычно загружаются потоком со скоростью 3000 тонн в час и более во время движения вагонов. Процесс загрузки может контролироваться оператором или автоматизироваться с помощью различных датчиков.

Добыча длинными забоями
Метод добычи, при котором большой прямоугольный участок угля удаляется за одну непрерывную операцию. Оборудование устанавливается вдоль одной стороны участка (забой лавы) и уголь вынимается кусками толщиной от 2 до 4 футов и длиной до 200 метров. Крыша поддерживается гидравлическими стойками; вращающееся режущее колесо или плуг разрезает и дробит уголь, а уголь перемещается из забоя с помощью прочного цепного конвейера. (в) (з)

Мегаватт (МВт)
Ватт — единица измерения электрической мощности; выходная мощность электростанций, предприятий и систем обычно выражается в мегаваттах (миллионах ватт). Один ватт = 3,4 БТЕ/час. Один киловатт = 1,3 лошадиных силы.

Металлургический уголь
Различные сорта угля, подходящие для коксования при производстве кокса для производства стали. Также известный как «метеловый» уголь, он обладает четырьмя важными свойствами: летучесть, влияющая на выход кокса; уровень примесей, влияющих на качество кокса; состав, влияющий на прочность кокса; и основные характеристики, влияющие на безопасность коксовой печи. Металлургический уголь имеет особенно высокую BTU, но низкую зольность.

Метрическая тонна (TONNE)
Единица веса, равная 2205 фунтам.

Добыча полезных ископаемых
Добыча угля осуществляется двумя основными способами; открытая или подземная добыча.

Добыча полезных ископаемых, вскрышные работы
При добыче вскрышных работ используется крупногабаритное оборудование, которое удаляет вскрышные породы (камни, грязь и т. д.), обнажая угольный пласт. Этот метод обычно используется, когда угольный пласт залегает близко к поверхности земли и удаление вскрышных пород экономически целесообразно.

Горнодобывающая промышленность, подземная

  1. Шахта
    Вбита в склон холма, где выходит на поверхность угольный пласт. Шов находится выше дна долины или уровня воды.
  2. Шахта на склоне
    Заглубляется в землю выше уровня угольного пласта. Пласт обычно не имеет выхода на поверхность и располагается ниже уровня дна долины.
  3. Шахта шахтная
    Закапывается в землю вертикально к угольному пласту. Чаще всего используется для глубоких швов.

Влажность

  1. Поверхностная влажность
    влажность угля от внешних источников, таких как погодные условия или процессы обогащения угля.
  2. Собственная влага
    Вода, составляющая неотъемлемую часть состава угля. Процентное содержание влаги, измеренное при экспресс-анализе угля, отражает только внутреннюю влажность.

Вершина

O-Q

Открытая добыча
Открытая добыча — тип добычи, при котором вскрышные породы удаляются из добываемого продукта и отбрасываются обратно после добычи; или может конкретно относиться к участку, с которого была удалена вскрышная порода, которая не была засыпана. (c)

Вагоны-хопперы с открытым верхом
Открытые грузовые вагоны с наклонным полом к ​​одной или нескольким распашным дверям для выгрузки сыпучих материалов, особенно угля.

Вскрышные породы
Земля, горная порода и другие материалы, лежащие над угольным пластом. (с)

Пиковый
Уровни выработки электроэнергии генерирующими станциями, необходимые для удовлетворения пикового спроса в течение относительно коротких периодов. Пиковыми установками обычно являются газовые турбины, двигатели внутреннего сгорания и некоторые гидроэлектростанции. (b)

Нефтяной кокс
Остаточный побочный продукт нефтеперерабатывающей промышленности. После термической обработки или термического крекинга, при котором из исходной сырой нефти извлекаются все более ценные газы и нефтяные жидкости, остается основной углеводород, который, несмотря на то, что он известен как мусорная корзина процесса нефтепереработки, имеет ряд важных свойств и применений для промышленности по всему миру. В основном существует три типа нефтяного кокса: специальный или игольчатый кокс; прокаленный или анодный кокс; и зеленый, сырой или топливный кокс. (г)

Экспресс-анализ
Процентное измерение физических свойств угля, включая влажность, летучие вещества, связанный углерод и золу. Экспресс-анализ обычно сопровождается данными о содержании серы, БТЕ на фунт, температуре плавления золы и измельчаемости.

Вершина

R-S

Тележка для быстрой разгрузки
Вагонетки с открытым верхом, оснащенные быстро открывающимися дверцами в нижней части каждого бункера. Разгрузка может осуществляться такими простыми способами, как человек, прикрепляющий устройство с пневматическим или электрическим приводом к механизму открытия двери, к автоматизированным системам, которые получают электрические сигналы от придорожных устройств для открытия или закрытия дверей. Автоматизированные системы обычно питаются от системы сжатого воздуха в поезде, отдельной от пневматических тормозов. Вагоны быстрой разгрузки позволяют эффективно разгружать поезд в движении со скоростью до 6 миль в час.

Сырой уголь (рядовой уголь)
Уголь, добытый из пласта и не переработанный, не промытый, не дробленый или не отсортированный. (8)

Возобновляемая энергия
Энергия, полученная из источников, которые практически неисчерпаемы (в отличие, например, от ископаемого топлива, запасы которого ограничены). К возобновляемым источникам энергии относятся древесина, отходы, геотермальная, ветровая, фотоэлектрическая и солнечная тепловая энергия. (b)

Запасы
Та часть доказанной базы запасов, которая оценивается как извлекаемая с использованием технологии и цен, преобладающих на момент определения. Запас определяется путем применения коэффициента извлечения к тому компоненту идентифицированных запасов угля, который определен как доказанная база запасов. (ч)

Разгрузка с помощью вращающегося отвала
Метод разгрузки сыпучих (угольных) вагонов, которые представляют собой бункеры с открытым верхом или полувагоны. Автомобиль запирается в самосвальную раму и полностью переворачивается для выгрузки содержимого. Таким образом, вагоны, оснащенные поворотными сцепками, можно выгружать, не отцепляя от остальной части поезда. (f)

Скрубберы
Различные системы, используемые для удаления примесей (главным образом двуокиси серы, но также и летучей золы) из выбросов дымовых газов. Абсорбирующая жидкость или суспензия контактируют с дымовым газом. В случае серы SO2 в дымовых газах физически и/или химически поглощается проходящей жидкостью. В скрубберах для десульфурации дымовых газов можно использовать два основных типа оборудования. Один тип может использоваться для одновременного удаления твердых частиц и диоксида серы, в то время как другой требует высокоэффективного удаления твердых частиц перед обработкой дымового газа в скруббере. Скрубберы летучей золы вызвали ограниченный интерес. (г) (г)

Пласт
Месторождение или пласт угля, толщина которого может варьироваться от менее одного дюйма до более пятидесяти футов; от нескольких акров до тысяч квадратных миль; и от нескольких футов в глубину до тысяч футов ниже уровня земли.

Короткая тонна
Единица веса, равная 2000 фунтов.

Короткий забой
Метод разработки с расположением щитов, аналогичным лавинному забою, но при уменьшении ширины щита примерно на 50%. Здесь используется оборудование для непрерывной добычи угля и транспортировки угля, а также специально разработанная гидравлическая крепь. (с)

Шлак
Угольная зола, которая находится или находилась в расплавленном состоянии.

Цена спот
Цена сделки, заключенная «на месте», т.е. единовременно, оперативно; обычно сделка включает только одно определенное количество продукта. Это контрастирует с ценой продажи по срочному контракту, которая обязывает продавца поставлять товар с согласованной периодичностью и по согласованной цене в течение длительного периода. (b)

Парогенераторы – конструкция печи
Конструкция топки парогенераторов может быть разделена на две категории по типу: с сухим дном и с мокрым дном.

Агрегаты с сухим днищем работают на пылевидном топливе. Около 10–20 % золы поступает на дно топки в сухом виде и постоянно удаляется, а оставшаяся часть золы (80–90 %) проходит вверх через топку, через конвекционные блоки котла и нагреватель воздуха в пылесборник.

Установки с мокрым дном могут топиться дробленым углем, например, подаваемым в циклонные печи, или пылевидным углем. Установка с мокрым подом, работающая на пылеугольном топливе, улавливает 50% или менее золы в виде расплавленного шлака на стенках печи; этот шлак стекает на пол печи и сбрасывается в шлаковые резервуары для удаления. Циклонные топочные котлы относятся к типу котлов с мокрым подом, потому что они производят шлак, который вытекает на стенки топки, затем на пол и в шлакохранилища. Хотя за последние 35 лет были проданы сотни котлов с мокрым дном, этот тип сжигания больше не предлагается в качестве нового продукта из-за соображений выбросов NOx. д)

Stoker Coal
Битуминозный уголь с двойным грохотом различного размера, но чаще всего от 1 x дюймов. и 2″х.».

Открытая добыча
Относится к процедуре добычи, которая влечет за собой полное удаление всего материала с продукта, подлежащего добыче, в виде ряда рядов или полос; также упоминается как «открытая выемка», «карьер» или «карьер». (c)

Полубитуминозный уголь
Глянцево-черный, выветриваемый и неагломерирующий уголь с меньшим содержанием связанного углерода, чем битуминозный уголь, с более летучими веществами и кислородом. Теплосодержание колеблется от 8 300 до 11 500 БТЕ/фунт. (с)

Сера
Неметаллический химический элемент, состоящий из угля в разной степени. Сера выгорает при нагревании угля, но способствует шлакообразованию, зашлаковыванию и коррозии. Угли с высоким содержанием серы подвержены самовозгоранию в складских отвалах. Содержание серы в дымовых выбросах регулируется стандартами EPA на чистый воздух.

Классификация серы

  • Пиритная
    Единственная присущая углю форма серы, которую можно удалить промывкой.
  • Органический
    Присущ углю и обычно не может быть удален.
  • Сульфаты
    Продукты окисления, присутствующие на поверхности свежего угля в небольших количествах. Сульфаты можно легко удалить с помощью стандартных процессов очистки.

Поверхностная шахта
Угольная шахта, которая обычно находится в пределах нескольких сотен футов от поверхности. Земля над углем или вокруг него (вскрышная порода) удаляется, чтобы обнажить угольный пласт, который затем добывается с помощью оборудования для открытых земляных работ, такого как драглайны, экскаваторы, бульдозеры, погрузчики и шнеки. Он также может быть известен как площадной, контурный, карьерный, полосовой или шнековый рудник.

Вершина

T-Z

Угольный самосвал
Первоначально место, где шахтные вагонетки опрокидывались и выгружались из угля; все еще используется в этом смысле, хотя теперь более широко применяется к наземным конструкциям шахты, включая подготовительную установку и погрузочные пути. Пути, эстакады, грохоты и т. д. у входа в шахту, где сортируется и загружается уголь. (c)

Конфигурации гусениц (для погрузки)
Должна быть обеспечена достаточная длина пути для обработки полного поезда без разрыва поезда или повторной сцепки вагонов при протаскивании через погрузочное оборудование.

Конфигурации погрузочной дорожки:

  1. Петля
    Петля достаточно велика, чтобы обрабатывать грузы весом от 7 000 до 13 000 тонн.
  2. Путеводитель Shoo-fly Track
    Врезка с переключателями на каждом конце, предназначенная для того, чтобы позволить поезду «висеть» на основном пути во время погрузки. Фактическая погрузка осуществляется на сайдинг, чтобы предотвратить просыпание угля на беговую дорожку.
  3. Тупиковый разъезд
    Длина пути должна быть достаточной для размещения поездов, подлежащих загрузке.
  4. Лестничный путь
    Два или более тупиковых пути с достаточной пропускной способностью (пустой и загруженный) для обслуживания отгружаемых поездов.
  5. Внутриветвевая погрузка
    Разрешается условно, если угленаливное сооружение расположено в конце ветки, а за ней нет посетителей.

    Примечание: При определенных обстоятельствах допускается изменение конфигурации гусениц.

Окончательный анализ
Химические свойства угля представлены в весовых процентах. Включены углерод, водород, сера, кислород, влага и зола.

Подземная шахта
Шахта, в которой уголь добывается путем прокладки туннелей в земле до угольного пласта, который затем добывается с помощью подземного горно-шахтного оборудования, такого как режущие машины и машины непрерывной, длинной и короткой разработки. Также называемые глубокими шахтами, подземные шахты классифицируются в зависимости от типа отверстий, используемых для доступа к углю; т. е. штрек (ровный туннель), откос (наклонный туннель) или шахта (вертикальный туннель).

Составной поезд
Объемная отгрузка угля из одного пункта отправления в один пункт назначения.

Летучие вещества
Часть угля, которая выделяется в газообразном виде при нагревании угля. Летучесть классифицируется следующим образом:

900 18

высокая летучесть более 31%
средняя летучесть от 22% до 31%
низколетучие ниже 22%

Вершина

Ссылки

(a) Словарь горнодобывающей промышленности, полезных ископаемых и смежных терминов, Бюро горного дела, составленный и отредактированный Полом У. Трашем, 1968 г.

(b) Annual Energy Review 1987, Управление энергетической информации

(c ) Справочник по углю, , под редакцией Роберта А. Майерса, 1981 г.

(d) «Нефтяной кокс – координатор США», International Bulk Journal, , август 1988 г.

(e) «Как качество угля влияет на конструкцию котла», Дональд В. Пейсер и Альберт Ф.