Способ определения низшей теплоты сгорания углей месторождения
Патент 2492474
Авторы
Правообладатели
Классы МПК
Способ определения низшей теплоты сгорания углей месторождения
Иллюстрации
Изобретение относится к угольной промышленности, а именно к контролю качества углей. При осуществлении способа на основании показателей качества угля месторождения, определенных на стадии разведки и технологических испытаний, определяют низшую теплоту сгорания углей данного месторождения для любого состояния топлива по заданной формуле, строят график зависимости низшей теплоты сгорания угля от влажности и зольности и осуществляют оперативное определение низшей теплоты сгорания угля по показаниям рабочих влажности и зольности при помощи графика. Достигается упрощение и повышение оперативности определения. 3 табл., 1 ил.
Реферат
Изобретение относится к угольной промышленности, а именно к контролю качества углей.
В текущей работе геолога и мастера ОТК угольного разреза постоянно приходится сталкиваться с определением одного из главных показателей качества угля - низшей теплотой сгорания на рабочее состояние топлива ( Q i r ) . Теплота сгорания является одной из основных характеристик показателей качества энергетического топлива. Этот показатель определяет цену топлива.
Высшая теплота сгорания ( Q s d a f ) , характеризует природный тип углей, степень его углефикации и вещественный состав.
Согласно ГОСТ 147-95 «Определение высшей теплоты сгорания и вычисление низшей теплоты сгорания», определение высшей теплоты сгорания основано на полном сжигании массы испытуемого топлива в колориметрической бомбе в изотермическом или адиабатическом режиме при постоянном объеме в среде сжатого кислорода и измерении подъема температуры калориметрического сосуда за счет теплоты, выделяющейся при сгорании топлива и вспомогательных веществ, а также при образовании водных растворов азотной и серной кислот в условиях испытания. Масса навески 0,8-1,5 гр.
Процесс очень сложный и дорогостоящий.
Низшая теплота сгорания выражает количество тепла, которое с учетом балласта (W, А) может быть практически реализовано при сжигании. Величина расчетная - согласно ГОСТ 147-95, рассчитывается из показателей высшей теплоты сгорания по формуле с учетом пересчетных коэффициентов:
Q i d = Q i s − 24,42 ( 8,94 H a + W a ) ,
где 24,42 - теплота парообразования;
8,94 - коэффициент пересчета массовой доли водорода на воду;
Ha - массовая доля водорода в аналитической пробе;
Wa - массовая доля воды в аналитической пробе.
Формула довольно громоздкая и неприменимая к оперативным расчетам.
Различными исследователями постоянно изыскиваются пути определения ( Q i r ) по известным значениям рабочей влажности и зольности (Wr, Ar), методы определения которых менее затратные (как во времени, так и в материальном плане).
Целью изобретения является создание способа оперативного определения одного из основных показателей качества угля - низшей теплоты сгорания на рабочее состояние топлива, необходимое при текущем планировании добычи и отгрузки угля с учетом качественных характеристик, а также сокращение объема дорогостоящих анализов по определению теплотворных свойств углей.
Цель достигается тем, что способ определения низшей теплоты сгорания углей месторождения, заключается в том, что на стадии разведки и технологических испытаний производят определение показателей качества углей: рабочей влажности, зольности и низшей теплоты сгорания, а также средних значений этих параметров по месторождению и определяют низшую теплоту сгорания углей данного месторождения для любого состояния топлива по формуле
Q r 2 = ( Q 1 r + 6 W 1 r ) 100 − W 2 r − A 2 r / 100 − W 1 r − A 1 r − 6 W 2 r ( 1 ) ,
где Q 1 r - средние значения низшей теплоты сгорания, рабочей влажности W 1 r и рабочей зольности A 1 r , определенные на стадии разведки и технологических испытаний угля;
A 1 r - зольность на рабочее состояние топлива, %
A 1 r = A 1 d 100 − W 1 r ( 2 ) ,
где A 1 d - зольность на сухое состояние топлива, %
Q 2 r - низшая теплота сгорания на любое состояние топлива с известной рабочей влажностью W 2 r и зольностью A 2 r ,
затем строят график зависимости низшей теплоты сгорания угля от влажности и зольности и осуществляют оперативное определение низшей теплоты сгорания угля по показаниям рабочих влажности и зольности при помощи графика.
Предлагаемый способ был внедрен на Уртуйском месторождении.
Принимали за Q 1 r , W 1 r , A 1 r средние показатели качества углей, достаточно надежно определенные различными исследованиями на стадии разведки и технологических испытаний для Уртуйского месторождения: Qк 1=4020 ккал/кг, Wк 1=29,5%, Aк 1=12,5%. Выводили формулу расчета зольности на рабочее состояние топлива для углей Уртуйского месторождения:
A 1 r = A 1 d 100 − W 1 r = 8,81 % , ( 2 )
где A 1 d - зольность на сухое состояние топлива.
Подставляя средние значения в формулу (1) получили формулу расчета низшей теплоты сгорания для углей Уртуйского месторождения:
Q 2 r = ( Q 1 r + 6 W 1 r ) 100 − W 2 r − A 2 r / 100 − W 1 r − A 1 r − 6 W 2 r ( 1 )
Q 2 r = 68,0337 ( 100 − W 2 r − A 2 r ) − 6 W 2 r ( 3 )
Эта формула позволяет рассчитать низшую теплоту сгорания ( Q 2 r ) Уртуйских углей для любого состояния топлива по известным значениям рабочей влажности и зольности.
Определив показатели: Qк 1, Wк 1, Aк 1 - для любого месторождения, используя данную методику, можно определить низшую теплоту сгорания углей ( Q 2 r ) для этого месторождения.
На основе данной формулы построен график (палетка) для определения ( Q 2 r ) графическим способом (фиг.1). Масштаб построения графика и количество линий может быть любым.
Дробные значения зольности и влажности откладываются на палетке путем интерполяции между целыми значениями. Правильность определения низшей теплоты сгорания по формуле (1) и графику проверена по результатам сопоставления этого показателя с лабораторией ТЭЦ г.Краснокаменска. По известным значениям W 2 r и A 1 r , определенным в лаборатории, рассчитывалась величина Q 2 r по формуле (1), которая сравнивалась с фактически полученным значением на калориметре. Всего сравнивалось 284 определения.
Среднее квадратическое расхождение между рассчитанными и фактическими значениями составило ±3,5%. Необходимо иметь в виду, что это расхождение является суммой погрешностей определения трех составляющих: влажности, зольности и теплоты сгорания пробы в лабораторных условиях. Исключив один из анализов - собственно определение теплоты сгорания, точность определения Q 2 r будет зависеть только от точности определения рабочей влажности и рабочей зольности.
Рассчитываем Q i r для различных значений влажности (в пределах наиболее часто встречающихся значений) при одинаковой зольности Ar=Const=8,81%.
| Таблица 1 | |||
| Расчет Qr i2=f(Wr 2) | |||
| Влажность W 2 r | Зольность A 2 r | Теплота сгорания Q 2 r | |
| Расчет | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 23 | 8,81 | 4501,2 | (4020+6×29,5)(100-23-8,81/100-29,5-8,81)-6×23 |
| 23 | 8,81 | 4427,2 | (4020+6×29,5)(100-24-8,81/100-29,5-8,81)-6×24 |
| 25 | 8,81 | 4353,2 | (4020+6×29,5)(100-25-8,81/100-29,5-8,81)-6×25 |
| 26 | 8,81 | 4279,1 | (4020+6×29,5)(100-26-8,81/100-29,5-8,81)-6×26 |
| 27 | 8,81 | 4205,1 | (4020+6×29,5)(100-27-8,81/100-29,5-8,81)-6×27 |
| 28 | 8,81 | 4131,1 | (4020+6×29,5)(100-28-8,81/100-29,5-8,81)-6×28 |
| 29 | 8,81 | 4057,0 | (4020+6×29,5)(100-29-8,81/100-29,5-8,81)-6×29 |
| 30 | 8,81 | 3983,0 | (4020+6×29,5)(100-30-8,81/100-29,5-8,81)-6×30 |
| 31 | 8,81 | 3908,9 | (4020+6×29,5)(100-31-8,81/100-29,5-8,81)-6×31 |
| 32 | 8,81 | 3834,9 | (4020+6×29,5)(100-32-8,81/100-29,5-8,81)-6×32 |
| 33 | 8,81 | 3760,8 | (4020+6×29,5)(100-33-8,81/100-29,5-8,81)-6×32 |
| 34 | 8,81 | 3686,8 | (4020+6×29,5)(100-34-8,81/ |
| 100-29,5-8,81)-6×34 | |||
| 35 | 8,81 | 3612,8 | (4020+6×29,5) (100-35-8,81/100-29,5-8,81)-6×35 |
| 36 | 8,81 | 3538,8 | (4020+6×29,5) (100-36-8,81/100-29,5-8,81)-6×36 |
Рассчитывали Q i r в зависимости от зольности, при этом достаточно взять одно условное значение, например 20%, т.к. согласно формуле (1), зависимость имеет линейный характер. Расчет приведен в таблице 2.
| Таблица 2 | ||||
| Расчет Qr i2=f(Ar 2) при Wr 1=Gonst, Ar 1=8.81 | ||||
| Влажность W 2 r , % | Зольность A 2 r , % | Теплота сгорания. Q 1 r , ккал/кг | Теплота сгорания Q 2 r , ккал/кг | |
| РАСЧЕТ | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| 23 | 20,0 | 4501,2 | 3740,0 | (4501,2+6×23)(100-23-20/100-23-8,1)-6×23 |
| 24 | 20,0 | 4427,2 | 3666,0 | (4427,2+6×24)(100-24-20/100-24-8,81)-6×24 |
| 25 | 20,0 | 4353,2 | 3592,0 | (4353,2+6×25)(100-25-20/100-25-8,81)-6×25 |
| 26 | 20,0 | 4279,1 | 3517,9 | (4279,1+6×26)(100-26-20/100-26-8,81)-6×26 |
| 27 | 20,0 | 4205,1 | 3443,9 | (4205,1+6×27)(100-27-20/100-27-8,81)-6×27 |
| 28 | 20,0 | 4131,1 | 3369,9 | (4131,1+6×28)(100-28-20/100-28-8,81)-6×28 |
| 29 | 20,0 | 4057,0 | 3295,8 | (4057,0+6×29)(100-29-20/100-29-8,81)-6×29 |
| 30 | 20,0 | 3983,1 | 3221,8 | (3983,0+6×30)(100-30-20/100-30-8,81)-6×30 |
| 31 | 20,0 | 3908,9 | 3147,8 | (3908,9+6×31) |
| (100-31-20/100-31-8,81)-6×31 | ||||
| 32 | 20,0 | 3834,9 | 3073,7 | (3834,9+6×32)(100-32-20/100-32-8,81)-6×32 |
| 33 | 20,0 | 3760,9 | 2999,7 | (3760,9+6×33)(100-33-20/100-33-8,81)-6×33 |
| 35 | 20,0 | 3612,8 | 2851,8 | (3612,8+6×35)(100-35-20/100-35-8,81)-6×35 |
| 36 | 20,0 | 3538,8 | 2777,6 | (3538,8+6×36)(100-36-20/100-36-8,81)-6×36 |
Наносим на график полученные значения, соединяем значения Q i r для одинаковой влажности и получаем набор линий (палетку), характеризующих зависимость теплоты сгорания от влажности и зольности (фиг.1).
Эти линии описываются формулами, приведенными в таблице 3.
| Таблица 3 | |
| Регрессионная зависимость Qr i=f (Ar i) | |
| Wr, % | ФОРМУЛА |
| 1 | 2 |
| 23 | Qr i=5100-68.0Ar i |
| 24 | Qr i=5026-68.0Ar i |
| 25 | Qr i=4952-68.0Ar i |
| 26 | Qr i=4878-68.0Ar i |
| 27 | Qr i=4804-68.0Ar i |
| 28 | Qr i=4730-68.0Ar i |
| 29 | Qr i=4656-68.0Ar i |
| 30 | Qr i=4582-68.0Ar i |
| 31 | Qr i=4508-68.0Ar i |
| 32 | Qr i=4434-68.0Ar i |
| 33 | Qr i=4360-68.0Ar i |
| 34 | Qr i=4286-68.0Ar i |
| 35 | Qr i=4212-68.0Ar i |
| 36 | Qr i=4138-68.0Ar i |
Для дробных значений Wr i теплота сгорания определяется методом интерполяции между линиями целых значений.
Точность снятия отсчета по палетке составляет ±5-10 Ккал/кг, в зависимости от масштаба построения.
Линии Q i r = f ( A i r ) параллельны и находятся на расстоянии, равном 74 Ккал/кг. Для построения графика Q i r = f ( A i r ) для других значений влажности достаточно провести параллельную линию через 74 Ккал/кг от соседней.
Используемые методы оперативного контроля качества угля позволяют формировать партии угля по заявкам потребителей и могут быть использованы на любом угольном месторождении с учетом данных по рабочей влажности и зольности для данного месторождения.
Способ определения низшей теплоты сгорания углей месторождения, заключающийся в том, что на стадии разведки и технологических испытаний производят определение показателей качества углей: рабочей влажности, зольности и низшей теплоты сгорания, а также средних значений этих параметров по месторождению и определяют низшую теплоту сгорания углей данного месторождения для любого состояния топлива по формуле: Q 2 r = ( Q 1 r + 6 W 1 r ) 100 − W 2 r − A 2 r / 100 − W 1 r − A 1 r − 6 W 2 r ,где Q 1 r - средние значения низшей теплоты сгорания, рабочей влажности W 1 r и рабочей зольности A 1 r , определенные на стадии разведки и технологических испытаний угля; A 1 r - зольность на рабочее состояние топлива, % A 1 r = A 1 d 100 − W 1 r ,где A 1 d - зольность на сухое состояние топлива, % Q 2 r - низшая теплота сгорания на любое состояние топлива с известной рабочей влажностью W 2 r и зольностью A 2 r ,затем строят график зависимости низшей теплоты сгорания угля от влажности и зольности и осуществляют оперативное определение низшей теплоты сгорания угля по показаниям рабочих влажности и зольности при помощи графика.