Отражательная способность витринита

 

Рассчитываются показатели отражательной способности витринита как на воздухе R_а, так и в масляной иммерсии R_o.r. По значению R_o.r оценивается класс каменного угля в промышленно – генетической классификации (ГОСТ 25543-88).

На рис. 2.1 приведена связь между расчётным значением параметра и показателем отражения витринита на воздухе R_а.

Между и R_а имеется тесная корреляционная связь: коэффициент парной корреляции r = 0,996, детерминации – 0,992.

Рис.2.1. Взаимосвязь между параметром каменного угля и показателем

отражения витринита на воздухе R_а (светлые и тёмные точки –

различные источники)

 

Представленная зависимость описывается уравнением:

R_а = 1,17 - 2,01. (2.6)

Между расчётным значением и показателем отражения витринита в масляной иммерсии R_о.r связь нелинейная. Результаты исследований показали, что имеется прямолинейная связь структурного параметра витринита ( _Vt) с показателями липтинита ( _L) и инертинита ( _I).

Для углей Кузбасса взаимосвязь между показателями R_о.r и следующая:

R_о.r = 5,493 - 1,3797 + 0,09689 ². (2.7)

На рис.2.2 приведена взаимосвязь между показателями отражения витринита в масляной иммерсии R_о.r(оп) и вычисленном по уравнению (2.7) R_o.r (выч).

Рис.2.2. Корреляция между опытными R_о.r(оп) и вычисленными R_o.r (выч)

значениями показателя отражения витринита углей Кузбасса

 

Представленная на рис. 2.2 графическая зависимость характеризуется следующими статистическими показателями: r = 0,990; R² = 0,9801.

Таким образом, параметр однозначно характеризует степень метаморфизма каменных углей.

 

2.3.Действительная плотность угля d_r

 

Является важнейшей физической характеристикой ТГИ. Используется

при расчёте пористости топлив, процессов и аппаратов их переработки и др.

Действительная плотность угляd_r рассчитывается по аддитивности с учётом содержания в нём количества молей углерода, водорода, азота, кислорода и серы, а также минеральных компонентов по уравнению:

d = V^od + ΣV_Mid_Mi + 0,021, (2.8)

где V^о и V – объёмное содержание в угле органической массы и отдельных минеральных примесей в долях единицы, %;

d и d_Mi – значения действительных плотностей органической массы угля и минеральных примесей;

0,021- поправочный коэффициент.

Плотность органической массы угля рассчитывается на 100г её массы d₁₀₀;

d₁₀₀ = 100/V₁₀₀, (2.9)

где величина V₁₀₀ – объёмное содержание в угле органической массы, доли единицы. Определяется по уравнению:

V₁₀₀ = n_C+ _Hn_H + _Nn_N + _On_O+ _Sn_S, (2.10)

где n_C^o, n_H^o, n_N^o_, n_O^o и n_S^o – число молей углерода, водорода, азота и серы в 100г ОМУ;

, _H, _N, _O и _S – эмпирические коэффициенты, определённые экспериментально для различных углей.

Уравнение для расчета V₁₀₀ витринита углей в интервале содержания в ОМУ углерода от 70,5% до 95,0% имеет вид

V₁₀₀ = 5,35 C^o + 5,32 H^o + 81,61 N^o + 4,06 O^o + 119,20 S^o (2.11)

На рис.2.3 приведена графическая зависимость между расчётными и действительными значениями плотности витринита углей, т.е. d = (d )

Между значениями истинной плотности витринита расчетной и экспериментальной имеется тесная корреляционная связь. При этом коэффициент множественной корреляции составляет 0,998, детерминации – 0,9960.

Рис.2.3. Сопоставление расчётных и экспериментальных

значений истинной плотности витринита

 

Выход летучих веществ

 

Рассчитывается по уравнению:

V^daf = V x_Vt + V x_L + V x_I (2.12)

где x_Vt,x_L и x_I– доля витринита, липтинита и инертинита в составе угля (x_Vt + x_L + x_I = 1);

V , V и V – зависимость выхода летучих веществ из витринита, липтинита и инертинита от параметра :

V = 63,608 + (2,389 – 0,6527 _Vt) _Vt, (2.7)

V = 109,344 – 8,439 _L, (2.8)

V = 20,23 exp [ (0,4478 – 0,1218 _L) ( _L – 10,26)], (2.9)

где _Vt, _L и _I – значения параметров , рассчитанные для витринита, липтинита и инертинита по их элементному составу.

На рис.2.4 представлена связь расчётного выхода летучих веществ на сухое беззольное состояние с определённым по ГОСТ. Коэффициент парной корреляции r = 0,986 и детерминации R² = 0,972.

 

Рис.2.4. Сопоставление опытных V^daf (оп) и расчётных V^daf (расч) значе

ний выхода летучих веществ из петрографически неоднородных углей

Кузнецкого бассейна

 

Взаимосвязь параметра с выходом летучих веществ из углей месторождений ЮАР,США и Австралии представлена на рис. 2.5.

 

 

Рис.2.5.Зависимость выхода летучих веществ V^daf от структурно - химического

параметра витринитовых углей:

1 – Кузнецкого угольного бассейна;

2 – месторождений угля ЮАР, США и Австралии.

 

Как следует из данных рисунка связь с выходом летучих веществ указанных стран очень тесная. Коэффициент парной корреляции составляет 0,969, детерминации - 0,939. Таким образом параметр с высокой достоверностью позволяет прогнозировать выход летучих веществ из каменных углей мировых месторождений.

 

Теплота сгорания Q

Важнейшая характеристика ТГИ как энергетического топлива показывает возможное количество тепла, которое выделяется при сжигании 1кг твёрдого или жидкого или 1м³ газообразного топлив.

Различают высшую (Q_S) и низшую (Q_i) теплоты сгорания топлив.

Высшая теплота сгорания определяется в колориметре с учётом теплоты конденсации водяных паров, образовавшихся при сгорании топлива.

Расчёт теплоты сгорания твёрдого топлива производится по формуле Д.И.Менделеева на основании данных элементного состава:

Q = 4,184 [ 81C^daf+300H^daf+26 (S - O^daf)], (2.16)

где Q - низшая теплота сгорания, кДж/кг;

4,184 –коэффициент перевода ккал в мДж.

Данные результатов исследований ТГИ показали, что учитывая неидентичные условия углеобразования угольных бассейнов значение коэффициентов при C^daf, H^daf, S и O^daf будут отличными и формула для расчёта теплоты сгорания имеет вид:

Q = 4,184[q_CC^daf + q_H H^daf + q_SO (S - O^daf) ], (2.17)

где q_C, q_H, q_SO – коэффициенты, определяемые экспериментально для различных угольных месторождений.

В табл. 2.1 приведены уравнения регрессии для расчёта низшей теплоты сгорания углей различных месторождений ТГИ Российской Федерации.

 

Таблица 2.1 - Уравнения для расчёта низшей теплоты сгорания по бомбе углей

различных бассейнов Российской Федерации

Бассейны, район	Уравнение	Коэффициент парной корреляции
Кузнецкий Канско-Ачинский Дальний Восток Северо- Восточные Восточная Сибирь	0,3291Со + 1,194Ho – 0,0997Oo 0,3231Co + 1,0164Ho – 0,0571Oo 0,3254 Co +1,2496 Ho–0,1181 Oo 0,3374 Co –1,0571Ho –0,11190 Oo 0,3369 Co + 1,2738 Ho -0,1010 Oo	0,990 0,980 0,994 0,994 0,989

 

Представленные в таблице значения коэффициента парной корреляции между теплотами сгорания расчётными по уравнениям и определёнными по бомбе показывают их тесную корреляционную связь. При этом коэффициент детерминации изменяется в пределах 0,9804 – 0,9880.

Содержание отощающих (фюзенизированных) компонентов

Количество фюзенизированных компонентов ∑ОК определяют категорию каменного угля и позволяют в комплексе с другими показателями дать оценку использования угля в технологии коксования.

Параметр ∑ОК представляет собой сумму содержания в угле инертинита I и части (2/3) семивитринита S_v:

∑ОК = I+ 2/3 S_v. (2.18)

Результатами исследований показано, что наиболее тесно содержание в углях отощающих компонентов коррелируется с совместным влиянием параметров и H/C. Уравнение для расчёта ∑ОК имеет вид:

∑ОК = b₀+ b₁ + b₂(H/C) + b₃ (H/C) + b₄ (H/C)² +b₅ ². (2.19)

Коэффициент парной корреляции взаимосвязи ∑ОК различных марок углей и шихт Кузнецкого бассейна изменяется от 0,891 до 0,956.

Установлено, что более высокая взаимосвязь расчётных значений ∑ОК по уравнениям и определённых экспериментально у среднеметаморфизованных углей. Взаимосвязь ∑ОК с углями более высокой степени метаморфизма снижается.