Бассейны коксующимися марками углей

Что такое коксующийся уголь и где его применяют

Увеличение цен на нефть и поиски альтернативных источников энергии не только привели к разработке новых технологий, но обратили внимание на другое, не менее полезное сырье – уголь. Самым важным для промышленности является коксующийся уголь. В чем его ценность и где его добывают – изложено в этой статье.

Что такое коксующийся уголь

Это каменный уголь, из которого в условиях коксования получают кокс определенной прочности и крупности. Он представляет большую ценность для промышленности и пользуется активным спросом во многих отраслях. Так, коксующийся уголь используется как основное топливо при производстве стали и энергетики.

Коксующиеся угли отличаются от других каменных углей свойством переходить в пластическое состояние и спекаться при воздействии высоких температур без доступа кислорода.

Состав коксующегося угля

Коксующийся уголь в концентрированном и необогащенном виде характеризуется низкой зольностью (менее 10 %), незначительным содержанием летучих компонентов (от 15 до 37 %) и серы (менее 3,5 %). По сравнению с другими видами угля, коксующиеся угли обладают высокой температурой сгорания и характеризуются меньшим содержанием примесей. Соотношение составляющих веществ в разных месторождениях угля может немного отличаться. Это очень важно учитывать в процессе его коксования. Так, перед переработкой каменного угля обязательно определяется его состав, коксуемость, спекаемость и другие показатели. На территории постсоветского пространства для коксования применяют такие виды угля:

• К – коксовые.
• Ж – жирные.
• Г – газовые.
• ОС – отощенно-спекающиеся.
• СС – сильноспекающиеся.

Процесс коксования

Под коксованием подразумевают технологический процесс преобразования угля в кокс. Он состоит из несколько стадий. На первом этапе проводится подготовка угля к коксованию. Добытый уголь измельчают и образовывают специальные смеси – шихты. На следующей стадии проводится коксование. Оно происходит в специальных камерах коксовой печи с применением газового нагрева. Подготовленную шихту помещают в печь на 15 часов, где все это время проводится повышение температуры до 1000ºС. В результате этого процесса получается «коксовый пирог».

Технология коксования на протяжении двадцатого столетия сильно изменилась, что позволило разрабатывать новые угольные залежи.

Согласно подсчетам, около 10 % общемировой добычи каменного угля проходит процесс коксования. Этот факт подтверждает наличие высокого спроса промышленности на коксующиеся угли.

Чем отличается коксующийся и энергетический уголь

Наибольшую ценность для промышленности предоставляют коксующиеся угли, которые используются в качестве технологического топлива во многих производственных отраслях народного хозяйства. Например, для выплавки чугуна. Главная особенность, которая отличает коксующийся уголь от энергетического – наличие витрена. Это зольная составляющая часть угля, которая образуется в результате разложения растений при отсутствии кислорода. Свойства витрена заключаются в способности плавиться и спекаться под воздействием высокой температуры. Таким образом, микрочастицы угля склеиваются в одну плотную массу. Чем больше концентрация витрена, тем выше качество коксования такого угля.

Наибольшее количество плавких веществ содержится в таких марках угля: коксовые, газовые, жирные, отощенно-спекающиеся и коксовые жирные.

Марки угля

В природе существует много разновидностей каменного угля, которые отличаются техническим составом, показателями спекаемости и выходом летучих составляющих. Для коксования подходят всего несколько марок угля. Но не все они пригодны для спекания в чистом виде. Иногда требуется добавление некоторых компонентов. Итак, существуют следующие марки коксующегося угля:

1. К – коксовый. При коксовании этой марки угля в чистом виде получается кондиционный металлургический кокс. Для получения угля высшего качества добавляют другие марки – жирный или газовый.
2. КЖ – коксовый жирный. Обладает наилучшей коксуемостью, в основном используется для получения кокса без добавления других марок угля. В составе коксового жирного угля содержится до 30 % летучих компонентов. Отражение витрена – 1,3 %. Толщина пластического слоя составляет 18 мм. Без изменений качества кокса допускается добавление в эту марку до 20 % КС, ОС и КО.
3. КО – коксовый отощенный. Толщина пласта составляет 10-12 мм, отражение витрена – до 1 %. Как правило, эта марка не используется отдельно, а только в сочетании с ЖК и ГЖ углем.
4. КСН – коксовый слабоспекающийся низкометаморфозный. Во время спекания из этого вида угля образуется стирающийся кокс с низкой прочностью, поэтому его в основном используют для спекания с другими марками или для получения синтетического газа.
5. КС – коксовый слабоспекающийся. Толщина пластического слоя составляет до 9 мм. Характеризуется низкой спекаемостью. Уголь марки КС используют коксохимическими предприятиями в качестве отощающего компонента. Также его применяют в некоторых сферах производства для слоевого сжигания.
6. ГК – газовые коксующиеся. При коксовании дают хорошо сплавленный кокс, но с малой механической прочностью. Продукт спекания легко разделяется на мелкие куски. Обычно газовый уголь применяется в смесях с другими коксующимися углями.

Наилучшими для спекания считаются такие марки коксующегося угля: жирный, слабоспекающийся, газовый, отощенно-спекающийся и коксовый в чистом виде. В них содержится наименьшее количество примесей, и они обладают высокой пластичностью.

Сферы применения

Главное предназначение коксующегося угля – промышленное топливо. Во время сжигания коксующийся уголь выделяет большое количество тепловой энергии. Так, температура воспламенения этого топлива составляет 470ºС. Но сжигание – не единственный способ извлечения полезных свойств из этого ископаемого. Существует много других отраслей народного хозяйства, в которых эффективно используют коксующийся уголь. Применение этого природного ресурса в промышленных процессах позволяет получать из него свинец, молибден, цинк, германий, серу, галлий и другие химические элементы. Промышленное применение имеют также и отходы угольной промышленности. Так, их перерабатывают в огнеупорные материалы и абразивы. Также из отходов производят строительные материалы.

В общей сложности из каменного топлива изготавливают более 300 разновидностей продукции. Уголь используется в качестве основного материала для производства углеграфитовых конструкционных элементов, высокоазотных кислот, которые применяются в удобрениях. Эффективное применение имеют вещества, которые выделяются в процессе коксования. Так, во время сухой перегонки образуется каменноугольная смола и аммиачная вода. Они также поддаются переработке.

Кроме того, в процессе коксования выделяются газообразные продукты, которые содержат бензол, фенол, аммиак и толуол. Они служат источниками других полезных веществ.

Добыча коксующихся углей на Украине

Коксующийся уголь в Украине в основном применяется металлургическими предприятиями. Так, на металлургию приходится около 90% общего спроса на этот вид топлива. Добывающая промышленность страны обеспечивает коксующимся углем внутренний рынок всего на 60%. Остальные 40 % потребляемого угля импортируются. Главным поставщиком коксующегося угля на Украину является Россия.

В последние годы в стране наблюдается рост спроса на иностранное сырье. Это связано со снижением объемов внутреннего производства. Также спрос на отечественное сырье падает из-за снижения его качества, так как металлургические заводы не могут использовать уголь с высоким содержанием серы.

На Украине коксующийся уголь добывается в бассейнах: Донецком, Львовско-Волынском, Днепровском. Наибольшее количество запасов каменного угля сосредоточено в Донецкой, Луганской и Днепропетровской областях. На данный момент из-за политической нестабильности добыча коксующегося угля на востоке Украины приостановлена.

Добыча угля в России

На территории России находятся большие месторождения угля. Согласно цифрам, страна занимает одно из первых мест в мире по угольным запасам. Более 67 % из них приходится на каменный уголь. Из них 10 % составляют коксующиеся угли.

В России коксующийся уголь добывается в бассейнах: Кузнецком, Печорском, Южно-Якутском, Донецком и Кизеловском. Первые два бассейна производят уголь в наибольшем количестве.

Запасы коксующихся углей в РФ составляют 47,3 млрд. тонн. Однако лишь незначительная часть является пригодной для использования. В последние годы добыча коксующегося угля в России находится на уровне 70 млн. т в год. Этого достаточно, чтобы обеспечить сырьем промышленные предприятия страны.

Коксующийся уголь в России добывают стабильными темпами. Прирост объемов добычи угля будет иметь место в случае повышения спроса на этот вид сырья, обусловленном развитием металлургических и смежных отраслей экономики РФ.

Перспективы рынка коксующегося угля

В ближайшие годы российскую угольную промышленность ждут изменения. Ключевые направления развития отрасли будут касаться вертикальной системы угольных производств. Так, государственной политикой предусмотрено создание на базе угольных шахт энергетических объектов небольшой и средней мощности. Также планируется установка на угледобывающих предприятиях оборудования, позволяющего перерабатывать уголь в экологически чистые синтетические топлива.

Что касается объемов реализации, спрос на коксующийся уголь в России будет расти. Дело в том, что кроме сталелитейных предприятий кокс использует цветная металлургия и много других отраслей промышленности. Так, для производства 1 т чугуна необходимо около 0,4 т кокса. А альтернативные технологии, которые позволяют его заменить на более выгодный ресурс, применяются ограниченно.

Тенденции мирового рынка коксующегося угля

На сегодняшний момент многие угольные компании всех стран переживают кризис снижения цен на коксующийся уголь. Эту проблему усугубляют государства, которые поставляют кокс в избыточных количествах. Также большое влияние на цены оказывает стремление покупателей сокращать затраты. Еще одна неблагоприятная ситуация возникает из-за желания производителей стали снизить производственные издержки. В Европе и в Китае спрос на коксующийся уголь продолжает расти, но это происходит за счет производства продукции высших категорий. Но в целом объемы закупок сырья на мировом рынке падают.

Немного стабилизировалась ситуация с энергетическим сырьем на рынке США. Но цена на него продолжает падать из-за снижения спроса на сталь. В результате этого может сократиться добыча коксующегося угля в США и странах Европы.

Зато эксперты прогнозируют рост импорта энергетического сырья в Индии. По объему ввоза коксующегося угля эта страна занимает третье место в мире.

Стоимость сырья

Во втором квартале 2015 года наблюдается снижение цен на коксующийся уголь. Крупные мировые компании предлагают сырье по цене, которая на 5–10 % ниже по сравнению с первым кварталом. Так, южноафриканская компания Anglo American предложила Японии коксующийся уголь наивысшего качества по 116 долларов США за 1 тонну. Средняя цена за 1 тонну коксующегося угля составляет 117 долларов США.

Источник

Принципы современной промышленной классификации углей. Международная классификация углей.

Для выбора того или иного направления использования углей определяющее значение имеют их промышленные и промышленно-генетические классификации.

Работы по классификации ископаемых углей проводились практически с самого начала их использования в широком промышленном масштабе середине прошлого столетия во всех угледобывающих странах мира были созданы свои классификационные системы, которые удовлетворяли определенной степени потребности торговли и давали ориентировочную оценку углей как сырья для коксования и энергетических целей. Параметрами большинства этих классификаций служили выход летучих веществ, показатели спекаемости и в ряде случаев — теплота сгорания.

В России одна из первых, так называемая техническая классификация углей Донецкого бассейна (1929) учитывала такие классификационные параметры, как выход летучих веществ на сухую беззольную массу и характеристику нелетучего остатка, получаемого при определении выхода летучих веществ. Дополнительным показателем для разделения углей отдельных марок служила теплота сгорания сухой беззольной массы угля. Классификация, принятая для донецких углей, в значительной мере была распространена на угли других бассейнов.

Для каменных углей основных бассейнов и месторождений СССР (1954-1956) были утвер­ждены отдельные классификационные стандарты, которые неоднократно уточнялись и пересмат­ривались.

Каменные угли в зависимости от выхода летучих веществ на сухую беззольную массу и сиекаемости, выраженной толщиной пластического слоя, или характеристики нелетучего остатка (при толщине пластического слоя менее 6 мм), подразделялись на марки и группы. Наименова­ние марок в известной мере характеризовало технологические свойства углей. Каменные угли подразделяли на длнинопламенные, газовые, жирные, коксовые, отощенные спекающиеся, тощие и антрациты. В некоторых бассейнах выделены в отдельные марки угли газовые жирные (Донецкий, Кузнецкий, Львовско-Волынскпй), коксовые жирные (Кузнецкий, Карагандинский, Южно-Якутский), коксовый второй (Кузнецкий, Карагандинский).

Бурые угли разделялись на группы в зависимости от содержания в них влаги на рабочее состояние топлива, а угли Украины в зависимости от теплоты сгорания и выхода смолы полукоксования — на группы и подгруппы,

Бассейновые классификации не соответствовали друг другу по численным значениям пара­метров, характеризующих одноименную Марку в различных бассейнах. По этой причине один и тот же уголь в зависимости от того, по какой бассейновой классификации определяли для него классификационные параметры, мог быть отнесен к различным маркам.

Большое несоответствие имело место при сравнении физических и химико-технологиче­ских свойств конкретных углей. Угли одних и тех же марок различных бассейнов в зависимости от петрографического состава характеризовались различной механической прочностью и размоло-способностью, от которых зависит гранулометрический состав при их добыче. Нередки угли раз­личных марок характеризовались близкими значениями показателей технологических свойств.

Из-за перечисленных недостатков бассейновых классификаций нельзя было на их основе сравнивать угли одинаковых марок и близких технологических групп, но добытых в разных бассейнах. Это осложняло решение вопроса об их взаимозаменяемости и коксовых шихтах. Не­совершенство принятых в бассейновых классификациях параметров приводило к тому, что угли одних и тех же .марок и групп оказывались невзаимозаменяемыми не только в коксовых шихтах или электродном производстве, но и на энергетических установках.

Таким образом, параметры бассейновых классификаций лишь косвенно, весьма приблизительно отражали поведение углей в тех или иных технологических процессах. По принятым в бассейновых классификациях параметрам, практически невозможно было оценить пригодность углей для большинства направлений их нетопливного использования. Не имели должного научного обосно­вания и технические требования, предъявляемые к углям различными отраслями промышленности.

Отмеченные недостатки бассейновых классификаций были обусловлены тем, что они базиро­вались на параметрах, слабо отражающих природные особенности углей и находящихся в сложной зависимости от геолого-генетических факторов углеобразовання.

В 1982 г. профессором ИВ. Ереминым с соавторами был подготовлен первый вариант Единой классификации углей, который впоследствии был доработай и ныне действует как Классификация углей по генетическим и технологическим параметрам (ГОСТ 25543-13). В ней угли бурые, каменные и антрациты классифицируются на основе комплекса генетических и технологических параметров, позволяющих оценить наиболее характерные общие признаки: стадию метаморфизма, петрографический состав и степень восстановлепностн.

Стадия метаморфизма — устанавливается по наиболее признанному в мировой науке физи­ческому свойству угля — отражательной способности витринита. Показатель отражения витринита Ro, но данным отечественных и зарубежных исследований, — наиболее оптимальный параметр, объективность и достоверность которого подтверждаются высокой корреляцией между химико- технологическими и оптическими свойствами yrлей витринитового состава.

Петрографический состав — содержание фюзенизированных компонентов (SOK) в пересчете; на чистый уголь, равным сумме F + 2/3 5v.

Степень восстановленности — показатели (одновременно отражающие наиболее важные технологические свойства углей) — максимальная влагоёмкость и выход смолы полукоксования для бурых углей; выход летучих веществ и спекаемость для каменных углей; объемный выход летучих веществ анизотропия отражения витринита для антрацитов.

Угли разделены на классы (по среднему показателю отражения витринита); категории (по сумме отощающих компонентов — ЕОК); типы (по максимальной влагоёмкости на беззольное состояние (W_max af ) — для бурых углей, выходу летучих веществ на сухое беззольное состояние — для каменных углей (V daf ) и объемному выходу летучих веществ на сухое беззольпое состояние (V daf _об) -для антрацитов); подтипы (по выходу смолы полукоксования на сухое беззолное состояние (T daf _sk ) _ для бурых углей, толщине пластического слоя (Y, мм) и индексу Рога ( RI) — для каменных углей, анизотропии отражения витринита (Ar) для антрацитов — табл. 85-89). Бурые, каменные угли и антрациты объединены в технологические марки, группы, подгруппы с перечнем номеров классов, категорий, типов и подтипов, позволяющих определить полный набор кодовых номеров в этих подразделениях. Обозначают все виды углей в ГОСТе 25543-13 семизначным кодовым числом. Например, 1113218 — уголь класса 11 (R₀= 1,10-1,19%), категории 1 (ЕОК — 10-19%), типа 32 (V’ w = 32-34%), подтипа 18 (Y — 18 мм). Марка Ж, группа 2Ж. В соответствии с технологическими свойствами в ГОСТе 25543-13 рекомендованы направления использования углей марок, групп и подтрупп (технологическое, энергетическое, производство строительных материалов, адсорбентов, активного угля, агломерация руд и др.).

В результате разработки Единой классификации углей на основе их генетических и технологи­ческих параметров создан надежный метод, позволяющий в большинстве случаев однозначно оценивать пригодность любого гумусового неокисленного угля для того или другого направления использования. Однако внедрение Единой классификации потребовало гигантских усилий по перемаркировке углей всех известных бассейнов. Этот процесс сопровождался критическими замечаниями в адрес, названной классификации, по изменений она не претерпела

В настоящее время на основе генетических и технологических параметром разработаны и широко применяются системы кодификации углей, пришедшие на смену Международным классификациям бурых и каменных углей. Отказ от последних был обусловлен тем, что специальные исследования, проведенные и ряде стран, выявили существенные их недостатки, не позволившие во многих случаях обеспечить правильное кодировать углей. В частности, это касалось Международной классификации каменных углей по типам, принятой в 1956 г. на 37-й сессии Комитета но углю ЕЭК ООН. Причина заключалась в том, что ее параметры не отражали в полной мере технологические свойства углей, зависящих от петрографического состава, стадий метаморфизма и степени восстановленности. Кроме того, методы, принятые для оценки спекаемости и коксуемости в качестве альтернативных, в действительности таковыми не являлись и отличались по своей сущности. Вследствие этого угли с одинаковыми кодовыми номерами но Международной классификации характеризовались различной коксуемостью и неодинаковыми технологическими свойствами. Один и тот же уголь мог кодироваться по-разному в зависимости от того, какие параметры при оценке спекаемостн и коксуемости были применены.

Новая Международная система кодификации углей низкого, среднего и высокого рангов была создана благодаря усилиям экспертов Болгарии, Германии, Польши, России, Чехии и Слова­кии. Система кодификации основана на современных достижениях науки об угле. Она позволяет угледобывающим предприятиям, сбытовым организациям и потребителям углей однозначно ре­шать вопросы, касающиеся качественных характеристик углей, отвечающих требованиям конкретных областей их применении.

Разработчики Международной системы кодификации углей среднего и высокою ранга счита­ют, что ее (систему) можно успешно применять для характеристики углей различного геологиче­ского возраста, залегающих в отдельном пласте или свите пластов, а также для всех видов уголь­ной продукции — рядового угля, концентрата, промпродуктов обогащения.

В системе Кодификации углей низкого ранга (бурые угли) — ГОСТ 28663-90 — граница между бурыми углями и торфом установлена но содержа­нию общей влаги W_t r или максимальной влагоемкости W af _max (для бурых углей менее 70%), а между бурыми углями и каменными — gо среднему показателю отражения витрниита R₀ (менее 0,6%) и высшей теплоте сгорания Q af _s (менее 24 МДж/кг). Уголь характеризуется главным кодовым номером из 11 цифр, в котором отражены значения восьми основных параметров: четыре генетических (средний показатель отражения гуминита или витринита; влага общая или максимальная влагаемкость; сумма гелифицированных мацералов; сумма инертинитовых мацералов) и четыре технологических (выход смолы полукоксования сухого беззольного топлива; зола; низшая теплота сгорания на рабочее состояние; сера общая). Кроме того, используется дополнительный код из семи цифр, отражающий значения дополнительных параметров (содержание текстинита; суммарное со­держание щелочных оксидов; температура плавления золы).

Для всех перечисленных показателей определены интервалы значений величии и установлены соответствующие им цифры кода.

В системе Кодификации углей среднего и вы­сокого рангов (каменные угли и антрациты) -ГОСТ 30313-95 — граница между бурыми и каменными углями установлена по теплоте сгорания па влажное безвольное состояние (Q af _s 2: 24 МДж/кг) и показателю отражения витринита (0,4

Источник