Химический состав золы угля

Химический состав золы угля

Состав и строение зол ТЭС

Химический и минерально-фазовый состав зол и шлаков ТЭС, их строение и свойства зависят от состава минеральной части топлива, от режима его сжигания и теплотворной способности, от способа улавливания и удаления золы и шлака, от места их отбора.

Химический состав

Золы и шлаки от сжигания каменных углей и антрацитов по химическому составу представлены в основном Si02 и Аl203. Содержание СаО обычно не превышает в них 5 %. Основную массу топливных зол составляют именно такие золы.

Соотношения главных оксидов в золах ТЭС в среднем таковы: Si02 — 40. 58%, Аl203 — 21. 27, СаО — 4. 6, Fe203 — 4. 17, Na20- 0,4. 1,4, К20 — 0,4. 4,7 %. Помимо этого в состав зол входят S03, MgO, Ti02 и др. Нормативные требования к химическому составу зол ТЭС призваны обеспечить надлежащую прочность и долговечность бетона. Верхний предел содержания S03 ( 10%), а также горючих сланцев (СаО до 45%).

В зависимости от вида углей и условий их сжигания в золах может содержаться 0,5. 20% и более несгоревших органических частиц топлива. Они считаются вредными примесями, ухудшающими важнейшие технические свойства бетонов с золой. Содержание остатков топлива оценивается по потерям при прокаливании пробы золы при 1000° С. Стандарты устанавливают допустимое содержание органических остатков в золах в зависимости от вида исходного угля (антрацит, каменный или бурый уголь), вида бетона (тяжелый, легкий), вида бетонной конструкции (армированная, неармированная). По этим признакам допустимое содержание органических остатков колеблется в буроугольных золах в пределах 2. 5 %, в каменноугольных — 3. 10, в антрацитовых — 5. 20 % [1].

Минералогический состав

Минерально-фазовый состав. Из рассмотрения процессов, происходящих при сжигании твердого топлива, следует, что золы ТЭС состоят из неорганической и органической фаз. Неорганическая фаза включает аморфную и кристаллическую составляющие. Аморфная составляющая может быть представлена стеклом и аморфизованным глинистым веществом. Кристаллическая составляющая включает, во-первых, слабоизмененные зерна минералов исходного топлива (кварц, полевые шпаты и другие термически устойчивые минералы), а во-вторых, кристаллические новообразования, возникшие при сжигании топлива (муллит, гематит, алюминат кальция и др.).

Стекло в золах может быть силикатного, алюмосиликатного, а иногда железистоалюмосиликатного состава. В зависимости от состава стекло может быть бесцветным, желтым, бурым и даже черным.

Вид аморфной фазы (метакаолинит, слабоспекшееся аморфизованное глинистое вещество, спекшееся и частично остеклованное стекло) определяет химическую активность золы, форму и характер поверхности зольных частиц.

Большинство зол имеют сферическую форму частиц и гладкую остеклованную фактуру поверхности. Однородность шарообразных частиц может быть различной. Наиболее однородны частицы, полностью состоящие из стекла. Имеются также частицы, внутренняя часть которых не расплавилась в процессе сжигания топлива и слагается из мельчайших минеральных и коксовых зерен. Встречаются и полые шарики в результате вспучивания стекла в момент образования частицы. Размер сферических частиц колеблется от нескольких микрон до 50…60 мкм.

Встречаются в золах также стекловидные частицы неправильной формы. Некоторые частицы содержат различное количество пузырьков, так что их поверхность может быть губчатой. Они тоже могут содержать во внутренней части большое количество кристаллических веществ.

Если температура сжигания топлива недостаточно высока, а его зольная часть тугоплавка, образуются золы, состоящие в основном из аморфизованного глинистого вещества, представленного пористыми частицами неправильной формы. Пористые частицы имеют высокое водопоглощение.

В крупных фракциях золы содержатся частицы-агрегаты, образовавшиеся в результате спекания множества мелких зерен. Такие частицы неоднородны и непрочны, что отрицательно сказывается на свойствах бетона, содержащего золу. Измельчение таких частиц повышает однородность и гидравлическую активность золы, а ввиду их низкой прочности не требует больших затрат времени и энергии [1].

Гранулометрический состав

Гранулометрический состав зол определяет многие строительно-технические свойства. Зола, улавливаемая в электрофильтрах, обычно имеет удельную поверхность более 200 м2/кг, и основная ее часть (80-90%) проходит через сито №008 с диаметром отверстий 80 мкм.

Применение ситового и седиментационного методов оценки дисперсности зол показывает, что около половины массы частиц имеют размеры от 10 до 30 мкм и еще 10-20 % частиц имеют размер от 30 до 50 мкм. Фракции золы размером 0-10 мкм составляют от 3 до20 % ее массы, фракции размером 50-100 мкм составляют обычно не более 15 % массы золы. Средний размер зольных частиц равен 30-40 мкм [2].

Зола угля

Неорганический остаток после полного сгорания угля

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации . academic.ru . 2015 .

Смотреть что такое «Зола угля» в других словарях:

зола угля — Неорганический остаток после полного сгорания угля. [ГОСТ 17070 87] Тематики угли Обобщающие термины состав, свойства и анализ углей EN ash DE Asche FR cendres … Справочник технического переводчика

Зола угля — – неорганический остаток после полного сгорания угля. [ГОСТ 17070 87] Рубрика термина: Золы Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы, Автодороги, Автотехника … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Зола — 1.16. Зола Минеральный остаток после полного сгорания Источник: СТ СЭВ 383 87: Пожарная безопасность в строительстве. Термины и определения 3.45 зола: Несгоревший остаток, образовавшийся в результате сгорания органического вещества. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Зола летучая — Зола летучая – мелкая, состоящая преимущественно из шарообразных стекловидных частичек пыль, которая образуется при сгорании мелко смолотого угля с или без материала ( ов) совместного сжигания, обладает пуццолановыми свойствами и состоит… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Зола унос — – тонкодисперсный материал, образующийся на тепловых электростанциях в результате сжигания углей в топках котлоагрегатов и собираемый золоулавливающими устройствами. [ГОСТ 25137 82] Зола уноса – улавливаемый электрофильтрами… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

ЗОЛА (ИСКОПАЕМЫХ УГЛЕЙ) — остаток от сжигания угля при температуре порядка 800 °C при полном доступе воздуха (ГОСТ 6383 52). В ее состав входят в разл. соотношениях SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, Na2O, K2O, SO3, а также микроэлементы, содержавшиеся в углях (см.… … Геологическая энциклопедия

Зола гидроудаления — – образуется при сжигании каменного угля в виде тонкой пыли (донная сухая зола); зернистый, пористый материал темно серого цвета, частицы угловатой формы, размера, сопоставимого с мелким песком до размера глинистых частиц. Состоит из… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Зола — представляет собой несгораемый остаток, состоящий из смеси минеральных солей и получается при сжигании растительной массы. При сгорании органического вещества, напр. древесины, соломы, их азот, водород и углерод превращаются в летучие соединения… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

ЗОЛА — (Ash, ashes, cinder, embers) несгораемый минеральный остаток органических, главным образом растительных веществ. Высокое содержание З. уменьшает тепловую ценность топлива (угля). Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно… … Морской словарь

зола — зола, несгорающий минеральный остаток от сжигания органических веществ (древесины, угля, торфа, растит, остатков и др.); калийно фосфорно известковое удобрение. Лёгкий порошок, мало гигроскопичен, содержит от 35% (стебли подсолнечника) до 0,1%… … Сельское хозяйство. Большой энциклопедический словарь

Влияние химического состава золы угля на эксплуатационные параметры топок Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Козлов Вадим Анатольевич

Рассмотрено влияние зольности , влаги и химического состава золы угля на эффективность его сжигания и эксплуатацию топок

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Козлов Вадим Анатольевич

Текст научной работы на тему «Влияние химического состава золы угля на эксплуатационные параметры топок»

УДК 622.7.017.2; 622.7:504.064.43 В.А. Козлов

ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ЗОЛЫ УГЛЯ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТОПОК

Рассмотрено влияние зольности, влаги и химического состава золы угля на эффективность его сжигания и эксплуатацию топок.

Ключевые слова: уголь, зольность, основные и кислыю оксиды!, температура плавления золы, шлакование, отложения в топках.

Рядовой уголь после добычи представляется топливом с определенной исходной энергией, содержащим, как «чистое топливо», так и не горючие элементы, включающие внешнюю породу, внутреннюю зольность и воду. Не горючие элементы можно интерпретировать, как разбавляющие элементы, уменьшающими энергию «чистого топлива», содержащуюся в единице массы. Когда идет горение, порода и внутренние не горючие составляющие угля переходят в золу. Присутствующее в угле значимое содержание серы и ртути при сжигании является причиной возникновения экологических проблем, а также проблем в эксплуатации и ремонте топок электростанций и котельных.

Процесс обогащения угля, который основан на использовании различных физических сил, изменяет характеристики рядового угля в направлении наиболее соответствующим требованиям рынка.

В мире наблюдается тенденция, когда потребители угля для энергетических целей ужесточают требования к производителям угля по уменьшению влаги угля, его зольности и снижению содержания серы.

Так, в Казахстане разработана Правительственная программа по снижению зольности добываемых углей Экибастузского месторожде-

ния на ближайшее будущее. На период до 2016 года зольность угля, поставляемого на электростанции, допускается 43 %, на период с 2016 г. по 2021 г. зольность угля, предназначенного для получения электроэнергии на электростанциях должна быть не более 38 % и, начиная с 2021 года зольность сжигаемого угля должна быть не более 29,5 %. Эта важнейшая народнохозяйственная задача предполагает не только значительное повышение калорийности топлива, но и позволяет решить экологические проблемы, связанные с уменьшением выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду более чем в 2 раза.

Обогащение угля снижает зольность угля и значительно увеличивает отдаваемую мощность станции, уменьшает вредные выбросы в окружающую среду. Конечно, затраты на обогащение угля и охрану окружающей среды требуют для действующего производства значительных финансовых затрат. И, зачастую, собственники предприятий по добыче топлива оппозиционно относятся к данным мероприятиям. Далее кратко рассматривается, как качество сжигаемого угля влияет на мощность станции, и как химический состав золы влияет на эксплуатационные параметры топки.

Размер частиц, содержание влаги, наличие глинистого материала может влиять на калориметрические характеристики угля, особенно когда требуется измельчение угля до крупности, достаточной для применения в топках пылевидного факельного и циклонного сжигания. В топках со слоевым сжиганием или в топках ки-пяшего слоя требования к крупности менее критичны.

В топках пылевого сжигания, дробленый уголь подается питателем в распылитель. Уголь, высушенный и измельченный до крупности менее 0,074 мм, подается в распылитель, который и доставляет тонкие частицы в топку для сжигания. Увеличение влаги угля отрицательно сказывается на работе распылителя.

Величина зольности в угле и химический состав угля, являются ключевым фактором формирования расплава и отложений в топке, сужения конвекционного прохода и перегрева секций в топке. Эти отложения препятствуют передаче тепла и выводу золы из топки. Когда массивные отложения накапливаются, они могут привести к необходимости остановки работы топки, из-за того что зола может также закупорить проходы для горячего воздуха.

Минеральное вешество в угле уменьшает величину калорийности топлива, является причиной эрозии труб и воздуховодов топки, формиро—вания отложений на трубах, превышения выбросов БОг и, в итоге, увеличивает стоимость произведенной энергии, включаюшей затраты для складирования золы и скрубберного осадка.

Минеральное вешество может присутствовать в угле в виде тонких диссоциированных частиц, как разделенные углем прослойки породы, или более в обшем, как отдельные

частицы породы из кровли или подошвы, попадаюшие в уголь при добыче. Различные формы негорючего компонента: глинистый сланец, песчаник, глина и пирит являются основными породообразуюшими элементами в угле.

Высокая зольность угля имеет непропорционально неблагоприятное влияние на теплотворную способность угля. На рис. 1 показан типичный график зависимости низшей теплоты сгорания угля от зольности, построенный по данным исследования рядовых углей марки «Л» в питании ЦОФ «Павлоградская» (ЛТЭК, Украина).

Аналитическое уравнение зависимости для класса 25х100 мм:

£>„ = 6858,42 — 79,41- Аа, (1)

Из уравнения следует, что на 1% зольности приходится 79,41 ккал/кг.

Аналитическое уравнение зависимости для мелкого класса 1х25 мм:

£>„ = 6811,48 — 79,20- Аа , (2) Из этого уравнения следует, что на 1% зольности приходится 79,20 ккал/кг.

Увеличение влаги угля влияет на калорийность также как и увеличение зольности, уменьшает его значение. Получено уравнение, для угля марки «Л» разреза «Виноградовский» (КТЭК, Кузбасс), связываюшее зольность и влагу:

0„ = 7262,5 — 63,16-Да—73,08-^Г (3) Например, требуемую низшую теплоту сгорания концентрата в 6000 ккал/кг мы сможем получить, при зольности на сухую массу Да = 4,9 % и рабочей влаге Шг = 13,0 %.

Из уравнения видно, что на 1% зольности приходится 63,16 ккал/кг, а на 1% влаги — 73,08 ккал/кг, что несколько выше, чем для зольности.

При горении угля происходит образование крупных частиц золы внизу

4,1 35,1 42,0 48,6 56,0 84,7

Рис. 1. Зависимость низшей теплоты сгорания Qи от зольности АЛ для крупного угля класса 25×100 мм

топки, а тонкие зольные частицы вылетают в трубу. Обычно распределение происходит в пропорции около 20% вниз и 80% вверх. Удаление золы и ее размещение приводит к значительному увеличению стоимости производства энергии из угля. Улавливание ртути после сгорания угля требует специального места для складирования ртути с пылевидной золой и активации углерода для захвата ртути из дымоходных газов. Без последующего разделения летучей золы и активного углерода, летучая зола из таких процессов не будет пригодна для использования в цементе и бетоне.

В топке также наблюдается отрицательное явление, названное шлакованием, которое включает процесс расплавления золы и смешение расплава с

частицами не расплавленной золы в нижней секции топки, включая и конвекционный проход, который незащи-щен от лучистого тепла. Химический состав золы угля влияет на процесс шлакования. Имеются различные модели для предсказания процесса шлакования золы, но ключевые параметры качества угля включают, химический состав золы, температуру плавления и зольность топлива.

Деление суммы основных компонентов (СаО, МдО, Ре20з, ^О, К2О) на сумму кислых компонентов (БЮ2, Л120з, ТЮ2) золы, определяет величину, так называемого основно-кислотного отношения. Это отношение, так же как и индекс основности (10) для коксующихся углей, широко применяется в модели для шлакования и включается в формулу вычисления фактора

Данные химсостава золы угля разреза «Богатырь-Комир»

Показатели Величина показателя Среднее значение 1495

Температура плавления золы , °С 1490 1500

момент размягчения — — 1300

момент полушария — — 1460

момент жидкого состояния — — 1500

Состав зольного остатка:

БЮг, % 56,9 67,3 62,1

А12Оз, % 24,4 31,6 28,0

Ре2Оз, % 4,4 7,26 5,83

СаО, % 0,68 3,29 1,98

МдО, % 0,19 1,26 0,72

Т О2, % 1,09 1,65 1,37

БО3, % 0,55 2,31 1,43

Р2О5, % 0,32 1,29 0,80

К2О+ Ыа2О , % 0,56 0,95 0,75

Содержание серы общей

шлакования, который для восточных углей США определяется по эмпирической формуле [1]:

Из = (Ре20з+ СаО + МдО +^О+ ВД-БД Б1О2 + М2О3 + Г1О2), (4) где Б — содержание серы в угле, %.

Содержание серы отражает действие пирита, который состоит на половину из железа, на шлакование и его влияние в рассматриваемой модели может быть учтено степенью, как:

Из = (Ре2Оз1,50+ СаО + МдО +^О+

+ К2О)/( Б1О2 + М2О3 + Т1О2), (5)

Величина Н8 2,6 к сверхвысокой степени шлакуемости.

При низком содержании серы в углях уравнение (5) может не соответствовать действительности, так как, например, западные угли США имеют типично большие содержания кальция

и натрия и меньше железа и серы чем в восточных углях. Модель предлагает для западных бурых углей с составом золы, когда СаО + МдО> Ре2О3 следующее уравнение [1]:

где НТ — температура образования полусферы, С°, ЭТ — температура размягчения, С°.

Так величина Н8 равная 1340 °С и более соответствует низкой степени шлакуемости, 1230-1340 °С средней степени шлакуемости, 1150-1230 °С высокой степени и ниже 1150 °С — очень высокой степени шлакуемости.

Вычислим на примере угля разреза «Богатырь-Комир» (Казахстан) показатель шлакуемости используя данные о качестве угля из табл. 1.

Показатель шлакуемости будет по уравнению (4):

Из = (5,83+ 1,98 + 0,72 +0,75)-0,7/ (62,1 + 28,0 + 1,37) = 0,071,

что соответствует низкой степени шлакуемости Экибастузских углей.

Применение восстановительной или окислительной газовой среды в методе определения плавкости золы моделирует поведение углей при сжигании в промышленных агрегатах [3]: при слоевом сжигании в зоне образования шлака создается восстановительная среда, а при пылевидном сжигании в условиях избытка воздуха — окислительная среда.

В окислительной среде процесс плавления протекает при температурах выше на 70-90 °С, чем в восстановительной среде, что объясняется свойствами соединений железа. Так, в восстановительной среде образуются легкоплавкие эвтектики закисных форм железа с алюмосиликатами, а в окислительной — тугоплавкие гема-титные формы железа.

Химический состав и температура плавкости золы позволяет определить эффективный способ сжигания и удаления шлаков.

Специалисты АЕР (Электроэнергетической Организации Америки) развивают графический метод для предсказания процесса шлакования золы в топке [2].

Эта процедура предполагает, что процесс шлакования является функцией количества золы в топливе, химического состава золы и температуры размягчения золы. Определено, что в больших топках уголь имеет низкий потенциал шлакуемости, а в маленьких или высокотемпературных топках зола имеет потенциал высокой шлакуемости.

Одним из результатов работы АЕР является заключение о том, что уменьшение зольности топлива ослабляет шлакуемость.

Обогащение угля часто уменьшает кальций и алюминий в золе концен-

трата, и обогащение иногда уменьшает температуру размягчения; однако в другом случае обогащение может существенно увеличить температуру размягчения золы. Даже когда обогащение уменьшает температуру размягчения, уменьшение золы в процессе обогащения угля, как показано в работе АЕР, может привести к значительному улучшению в шлаковании золы данного угля.

Загрязняющие отложения связаны с химией их образования при формировании отложений при нагреве паровых труб. Эти отложения приводят к коррозии труб и ухудшают прохождение газа через топку, поднимая нагрузку вентилятора и снижению мощности топки. Уменьшается открытое пространство между трубами для конвективного прохода. Загрязняющие отложения трудно удаляются. Отложения, в общем, связаны с содержание натрия в золе угля, но отложения могут быть также связаны с оксидами калия в золе и величиной зольности угля.

На модели [2] для отложений в случае, если в золе наблюдается следующее отношение оксидов Са0+ +МдО

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Химический состав — зола

Химический состав золы может колебаться в значительных пределах при сжигании одного и того же топлива на ТЭС, однако в среднем химический состав золы в течение длительного периода времени можно считать достаточно стабильным для практического применения. [1]

Химический состав золы и элементарный состав микроорга-измов может значительно изменяться. [2]

Химический состав золы может колебаться в значительных пределах при сжигании одного и того же топлива на ТЭС, однако в среднем химический состав золы в течение длительного периода времени можно считать достаточно стабильным для практического применения. [3]

Химический состав золы во многом зависит от состава сжигаемого сланца, содержания в нем примесей породных прослоев и температуры сжигания сланца. Хотя состав золы не остается постоянным при сжигании сланца, отклонения от средних значений содержания тех или иных компонентов такой золы столь незначительны, что практически не могут оказать существенного влияния на производство газозолосиликата. [4]

Химический состав золы и колебания в содержании ее в топливе оказывают большое влияние на работу газотурбинных установок. В настоящее время известны три связанных с этим отрицательных фактора: а) коррозия материалов; б) эрозия материалов, в особенности лопаток газовых турбин; в) загрязнение лопаток газовых турбин. [5]

Химический состав золы дает представление о составе минеральных веществ угля. Зола углей обычно представляет подавляющую массу ( 96 %) окислов кремния, алюминия, железа, кальция и магния. Лишь в небольшом количестве в ней содержатся соединения натрия, калия. В некоторых углях и в золе их находят небольшое количество драгоценных металлов ( золото, серебро, платину), а также редкие и рассеянные элементы. [6]

Химический состав золы влияет и на температуру ее плавления. Золу с температурой плавления ниже 1200 считают легкоплавкой, 1200 — 1350 — плавкой, 1350 — 1500 — тугоплавкой. [7]

Химический состав золы при сжигании различных марок твердых топлив изменяется в довольно широких пределах, %: SiO2 10 — 68; А12О310 — 40; Fe2O3 2 — 30; CuO2 — 70; MgO0 10; Na2O — fK2O 0 — MO. Кроме того, зола содержит в небольших количествах соединения германия, ванадия, мышьяка, ртути, бериллия, фториды, также частично переходящие в воду. В воду могут переходить и канцерогенные вещества, образующиеся при сжигании топлива. Данные табл. 1 — 1 показывают, что содержание фтора и мышьяка после мокрых золоуловителей возрастает примерно на порядок, в то время как содержание ванадия увеличивается менее значительно. В то же время более высокое содержание ванадия наблюдается в воде после электрофильтров. Это указывает на определенную связь выхода токсичных веществ в воду с технологией очистки дымового газа от золы. На обеих ТЭС концентрации токсичных веществ в осветленной воде, сбрасываемой в водоемы с золоотвала, значительно превосходят их предельно допустимые концентрации в водоемах. [8]

Химический состав золы определяется в основном составом сжигаемого топлива, но содержание в ней горючих веществ ( прежде всего — углерода) зависит от полноты сжигания топлива, а некоторых других элементов растет по мере уменьшения крупности частиц золы. [9]

Химический состав золы твердого топлива достаточно разнообразен. Обычно зола состоит из оксидов кремния, алюминия, титана, калия, натрия, железа, кальция, магния. Кальций в золе может присутствовать в виде свободного оксида, а также в составе силикатов, сульфатов и других соединений. [10]

Химический состав золы твердых топлив в табл. I дан в расчете на бессульфатную массу. Такой условный расчет объясняется тем, что большая часть сульфатов, содержащихся в лабораторной золе, образуется вследствие связывания продуктов сгорания серы с окислами металлов. При сжигании топлива в топках сульфаты не образуются. [11]

Химический состав золы канско-ачинских углей разных фракций отличается между собой в основном по содержанию SiO2 CaO и окислов щелочных металлов. Носителями щелочных соединений являются более мелкие частицы золы, которые определяют состав конденсирующейся фазы дымовых газов. [12]

Знание химического состава золы является необходимым условием для суждения о ее свойствах и решения вопроса о возможности использования ее в различных отраслях народного хозяйства. [13]

Определение химического состава золы производится с помощью общепринятых методов анализа силикатов. [14]

Источники:

http://studbooks.net/2308291/nedvizhimost/sostav_stroenie
http://normative_reference_dictionary.academic.ru/20803/%D0%97%D0%BE%D0%BB%D0%B0_%D1%83%D0%B3%D0%BB%D1%8F
http://cyberleninka.ru/article/n/17186874
http://www.ngpedia.ru/id460929p1.html