Древесный уголь

Особенности сжигания углей

Рассматривая, при какой температуре горит тот или иной вид топлива, следует учитывать, что приводятся цифры, достижимые только в идеальных условиях. В домашней печи или твердотопливном котле такие условия создать невозможно, да и не нужно. Кирпичный или металлический теплогенератор не рассчитан на такой уровень нагрева, а теплоноситель в контуре быстро закипит.

Поэтому температура сгорания топлива определяется режимом его сжигания, то есть, от количества воздуха, подаваемого в топочную камеру. Ископаемый и древесный энергоноситель лучше всего горит, если подача воздуха достигает 100%. Для ограничения воздушного потока используется задвижка или заслонка, благодаря чему поддерживается оптимальная для печи температура сгорания топлива — около 800-900°С.

Сжигание углей в котле

При сжигании энергоносителя в котле нельзя допускать вскипание теплоносителя в водяной рубашке — если предохранительный клапан не сработает, произойдет взрыв. Кроме того, смесь пара и воды губительно действует на циркуляционный насос в системе отопления.

Чтобы контролировать процесс горения, используются следующие способы

• энергоноситель загружается в топку и регулируется подача воздуха;
• угольная крошка или топливо кусочками подается дозировано (по той же схеме, что и в пеллетных котлах).

Состав и строение

Суббитуминозный (бурый) уголь является плотной, камнеподобной углистой массой от почти чёрного до светло-бурого цвета, всегда с бурой чертой. В нём нередко заметна растительная древесная структура; излом раковистый, землистый или деревянный. Легко горит коптящим пламенем, выделяя неприятный своеобразный запах гари.

При обработке гидроксидом калия дает темно-бурую жидкость. При сухой перегонке образует аммиак, свободный или связанный с уксусной кислотой. Удельный вес 0,5—1,5. Средний химический состав, за вычетом золы и серы: 50—77 % (в среднем 63 %) углерода, 26—37 % (в среднем 32 %) кислорода, 3—5 % водорода и 0—2 % азота. Основные примеси в буром угле те же, что и в любом другом ископаемом угле.

Подавляющее большинство бурых углей по вещественному составу относятся к гумитам. Сапропелиты и переходные гумусово-сапропелевые разности имеют подчинённое значение и встречаются в виде прослоев в пластах, сложенных гумитами. Большинство бурых углей слагается микрокомпонентами витринита группы (80-98 %) и только в юрских бурых углях Средней Азии преобладают микрокомпоненты группы фюзинита (45-82 %); для нижнекарбоновых бурых уголь характерно высокое содержание лейптинита.

Бурые угли характеризуются повышенным содержанием фенольных, карбоксильных и гидроксильных групп, наличием свободных гуминовых кислот, содержание которых снижается с повышением степени метаморфизма от 64 до 2-3 % и смол от 25 до 5 %. На некоторых месторождениях мягкие бурые угли дают высокий выход бензольного экстракта (5-15 %), содержащего 50-75 % восков, и имеют повышенное содержание урана и германия.

Среднее содержание минерального остатка (золы) бурых углей составляет 20-45 % от массы сухого вещества. С повышением содержания золы теплотворная способность углей снижается, сложнее проектировать котельные установки тепловых электростанций и других устройств для сжигания углей. Основными компонентами золы углей являются диоксид кремния (около 30-60 %), оксид алюминия (порядка 10-20 %), а также, оксиды кальция (7-15 %) и железа (8-15 %). Присутствие в золе больших количеств оксидов щелочных металлов заметно снижает температуру плавления золы, что необходимо учитывать при проектировании топочных устройств. Элементный состав золы сильно зависит не только от доминирующих пород исходных растений, но и от условий формирования угольного пласта (глубина залегания, подземные водоемы, состав почвы на данной глубине и пр.). Для удобства проведения теплотехнических расчетов и проектирования устройств для сжигания углей существуют справочные таблицы с параметрами углей различных пород и их зольных остатков.

Происхождение залежей

Наиболее крупные бассейны и месторождения бурых углей характерны для мезозойско-кайнозойских отложений. Исключение составляют нижнекаменноугольные бурые угли Восточно-Европейской платформы (Подмосковный бассейн). В Европе залежи бурых углей связаны почти исключительно с отложениями неоген-палеогенового возраста, в Азии — преимущественно юрского, в меньшей степени мелового и палеоген-неогенового, на остальных континентах — мелового и палеоген-неогенового. В России основные запасы бурых углей приурочены к юрским отложениям.

Значительная часть бурых углей залегает на небольших глубинах в угольных пластах (залежах) мощностью 10-60 м, что позволяет отрабатывать их открытым способом. На отдельных месторождениях мощность залежей 100—200 м.

Материалом для образования бурого угля послужили различные пяльпы, хвойные и лиственные деревья и торфяные растения, постепенное разложение которых под водой, без доступа воздуха, под прикрытием и в смеси с глиной и песком, постепенно ведёт к обогащению истлевающих растительных остатков углеродом при постоянном выделении летучих веществ. Одной из первых стадий такого истлевания, после торфа, является бурый уголь, дальнейшее разложение которого завершается превращением в каменный уголь и антрацит и даже графит.

Такой переход растительных остатков от слабо истлевшего состояния торфа через лигнит, бурый, каменный уголь и антрацит, наконец в чистый углерод — графит совершается, конечно, крайне медленно и вполне понятно, что, чем разновидности ископаемых углей богаче углеродом, тем древнее и геологический их возраст. Графит и шунгит приурочены к азойской группе, антрацит и каменный уголь — к палеозойской, а бурый уголь к мезозойской и преимущественно кайнозойской. Впрочем, каменный уголь встречается также и в мезозойских отложениях и, ввиду существования постепенного перехода между бурым и каменным углем, многими принято ископаемые угли моложе меловой системы называть бурым углем, а более древние — каменным углем, хотя по своим признакам они и заслуживали бы скорее названия бурого угля.

Общие мировые ресурсы бурых углей оцениваются (до глубины 600 м) в 4,9 трлн т (1981), из них точно подсчитаны 1,3 трлн т, измеренные 0,3 трлн т. Основные запасы сосредоточены в России, Германии, Чехословакии, Польше и Австралии. Из них Германия является основным поставщиком бурых углей, Россия на втором месте.