Каменные угли являются важнейшим видом ископаемого твердого топлива.

В состав горючей массы каменных углей входит от 75 до 90% С; 4—6% Н; 2—10% О; 0,7—2,5% N; 0,3—7% S. Выход летучих веществ от 9 до 50% от веса горючей массы. Высшая теплота сгорания горючей массы каменных углей от 7000 до 8600 ккал/кг. Высшая теплота сгора­ния влажного беззольного каменного угля более 5700 ккал/кг. Молодые по химической зрелости каменные угли, близкие к бурым, и наиболее обуглероженные виды, примыкающие к полуантрацитам, при термиче­ской обработке образуют порошкообразный неспекающийся кокс; про­межуточные виды каменных углей образуют спекшийся кокс различной плотности.

В основу классификации каменных углей СССР положен выход ле­тучих веществ из горючей массы угля Уг [% (объемн.)]. Для класси­фикации неспекающихся и слабоспекающихся каменных углей допол­нительно используют характеристику нелетучего остатка, образующе­гося в тигле при определении выхода летучих веществ (порошкообраз­ный, слипшийся, слабоспекшийся), а для классификации спекающихся каменных углей — толщину пластического слоя угля (у, мм), опреде­ляемую по методу чл.-кор. АН СССР Л. М. Сапожникова и Л. П. Бази — левича (ГОСТ 1186-62). В табл. 69 приведена классификация углей Донецкого бассейна.

Ю. А. Жемчужников и А. И. Гинзбург [73] отмечают следующие свойства каменных клареновых углей различных марок.

Длиннопламенные угли (Д) — угли черного цвета, черта на фарфо­ровой пластинке темно-коричневая. По ряду свойств длиннопламенные угли приближаются к бурым, иногда в них отмечаются следы гумино — вых кислот.

Газовые угли (Г) —угли черного цвета. Черта на фарфоровой пла­стинке черная с коричневым оттенком. Более хрупки, чем длиннопла­менные. Кокс газовых углей спекшийся, сильно вспученный.

Паровично-жирные угли (ПЖ)—угли интенсивно черного цвета. Черта на фарфоровой пластинке черная с едва заметным коричневым оттенком. Хрупкость повышенная. Кокс хорошо сплавленный, иногда довольно плотный, чаще умеренно вспученный.

Коксовые угли (К) — угли интенсивно черного цвета. Черта на фар­форовой пластинке черная. Хрупкость значительная. Кокс сплавленный, плотный и относительно прочный.

Паровично-спекающиеся угли (ПС) — угли черного цвета с едва заметным сероватым оттенком. Черта на фарфоровой пластинке чер­пая. Относительно хрупкие.

Тощие угли — угли черного цвета, иногда с сероватым, а чаще и со своеобразным синеватым оттенком. Черта на фарфоровой пластинке

155

Темно-серая. Более вязкие по сравнению с коксовыми углями. Кокс порошкообразный.

Усредненный и округленный состав органической массы каменных углей различных марок, а также некоторые теплотехнические характе­ристики их рабочей массы, обусловленные в основном составом орга­нической массы и сравнительно мало зависящие от содержания в топ­ливе минеральной массы, приведены в табл. 70.

В табл. 71—76 приведены состав органической массы и основные теплотехнические характеристики длиннопламенных, газовых, жирных, коксовых, отощенных спекающихся и тощих каменных углей различных бассейнов и месторождений СССР.

Более подробные теплотехнические характеристики каменных углей различных бассейнов и месторождений сведены в табл. 77—82.

В органической массе угля марки Д различных бассейнов и место­рождений содержится в среднем от 77 до 80% С, от 5,2 до 6,2% Н, 12—15% О, 1—2% N (у кузнецких углей несколько больше 2%); теп­лота сгорания органической массы в калориметрической бомбе Q® = =7600-i-8000 ккал/кг; выход летучих на горючую массу 38—45%.

Органическая масса длиннопламенных углей сорбирует больше вла­ги по сравнению с органической массой других более метаморфизиро — ванных каменных углей. В соответствии с этим среднее содержание влаги в рабочей массе длиннопламенных углей составляет 10—16%.

Жаропроизводительность длиннопламенных углей t’mах при сгорании б воздухе, содержащем 1% влаги по массе, равна 2030—2060 °С; мак­симальная энтальпия сухих продуктов сгорания Р=930-=-940 ккал/м3; в сухих продуктах сгорания /?С>2тах=18,7ч-19,0%; отношение объемов

Сухих и влажных продуктов полного сгорания в стехиометрических условиях (Ус.’г : Vs =В) равно 0,89—0,90, т. е. несколько меньше, чем у каменных углей других марок.

Среднее содержание углерода в органической массе углей марки Г — от 80 до 84%, т. е. оно выше, чем у длиннопламенных углей, а кисло­рода— от 8 до 12% при почти неизменном содержании водорода. В со-

159*

Ответствии с этим средняя теплота сгорания органической массы газо­вых углей выше, чем длиннопламенных, а выход летучих веществ не­сколько ниже.

Интересно отметить, что, несмотря на большое содержание углерода в органической массе газовых углей по сравнению с длиннопламенными, СОг max и RO2 max в продуктах сгорания газовых углей ниже. Это обу­словлено тем, что повышение содержания углерода в газовых углях не сопровождается сколько-нибудь заметным снижением содержания во­дорода, а идет практически исключительно за счет уменьшения содер­жания кислорода. В этих условиях, как было показано в гл. IV, значе­ние величины СОгтах не возрастает, а уменьшается.

Снижение содержания кислорода в органической массе при перехо­де от длиннопламенных углей к газовым изменяет характер их органи­ческих соединений и уменьшает адсорбционную способность в отноше­нии влаги. Поэтому содержание влаги в газовых и более обуглерожен — ных каменных углях в 2—3 раза меньше, чем в длиннопламенных. Жаропроизводительность газовых углей примерно на 20 град выше, чем длиннопламенных.

Из табл. 71 видно, что увеличение содержания углерода в органи­ческой массе сопровождается резким снижением содержания кислоро­да. Так, содержание кислорода в органической массе у тощих углей примерно в 4 раза ниже, чем у газовых, и в 5—6 раз ниже, чем у длин­нопламенных углей. В соответствии с уменьшением содержания кисло­рода повышается теплота сгорания органической массы углей за счет увеличения количества углерода. Однако дальнейший, рост содержания углерода в органической массе (от тощих каменных углей к антрациту) сопровождается снижением содержания не только кислорода, но и водорода, вследствие чего у наиболее обуглероженных видов ископае­мых углей несколько снижается теплота сгорания органической массы (например, у антрацита теплота сгорания на 300 ккал/кг ниже, чем у коксовых или тощих каменных углей, но на 450 ккал/кг выше, чем у длиннопламенных).

Состав и теплотехнические характеристики каменных углей Печорского и Кнзеловского бассейнов

Состав и теплотехнические характеристики каменных углей Казахской, Киргизской н Грузинской ССР

Состав и теплотехнические характеристики каменных углей Дальнего Востока и о. Сахалина

В соответствии с уменьшением содержания водорода возрастав? также ROz ти в продуктах сгорания углей с 18,7 у газовых до 19,0 у тощих и 20,2 у антрацита.

По мере углефикации каменных углей выход летучих веществ систем матически снижается, а величина В возрастает от 0,89 у длиннопламен­ных углей до 0,92 у тощих каменных углей и 0,95 у антрацита. По мере обуглероживания каменных углей возрастает их истинная плотность. Так, по И. И. Аммосову, плотность кузнецких углей повышается от 1,2—1,26 у газовых до 1,26—1,29 у коксовых и 1,32—1,35 у тощих. На­сыпная масса каменных углей, используемых для коксования, равна 680—850 кг/м3.

При залегании угля в пластах он может окисляться, в результате чего значительно изменяется состав и характеристики топлива. Т. А. Кухаренко [72] отмечает, что при окислении каменных углей об­разуются различные гуминовые кислоты, а затем низкомолекулярные кислоты и газы. Окисленные угли характеризуются повышенным со­держанием кислорода, пониженным содержанием горючих компонентов и снижением теплоты сгорания.

Интенсивное окисление угля сопровождается повышением темпера­туры. Разогрев угля в процессе окисления может привести к самовос­пламенению угольных пластов.

Пожары каменноугольных пластов, продолжающиеся иногда годами, привели Д. И. Менделеева к мысли о подземной газификации углей.

При хранении на воздухе реакционноспособных углей с высоким вы­ходом летучих веществ, т. е. бурых и молодых по химической зрелости каменных углей, может происходить далеко идущий процесс окисления, резко снижающий качество угля. Окисление угля усиливается с увели­чением поверхности его соприкосновения с воздухом (наиболее интен­сивное окисление происходит при хранении несортированного угля, со­держащего мелкие фракции). Угли, склонные к окислению, не пригод­ны для длительного хранения.

Каменные угли используют в основном в двух направлениях: для производства кокса и в качестве энергетического топлива (для сжига­ния в топках котлов).

Из 104 млн. т каменного угля, добытого в стране в 1940 г., около 35 млн. т, или 34%, составили угли для коксования.

В 1974 г. добыча каменного угля достигла 448 млн. т. Из них 175 млн. т, или около 40%, приходится на угли для коксования. Добыча углей для коксования в 1974 г. значительно превысила добычу в стране всех каменных углей в 1940 г.

В производстве металлургического кокса используют в основном ка­менные угли, залегающие в большинстве случаев на значительной глу­бине, обусловливающей необходимость шахтной добычи, связанной с крупными капиталовложениями и большими эксплуатационными рас­ходами.

Энергетические каменные угли в зависимости от условий залегания угольных пластов добывают в шахтах или разрезах.

Характер добычи, качество угля, его пригодность для коксования, расстояние до мест потребления определяют народнохозяйственную эффективность развития различных бассейнов и месторождений камен­ного угля.

Каменный уголь добывают в бассейнах и месторождениях, располо­женных от западных границ СССР до о. Сахалин.

По запасам каменного угля СССР занимает первое место в мире. Наиболее крупные угольные бассейны расположены в Сибири. Для Ев­ропейской части страны особое значение имеет Донецкий бассейн.

167