ГЛАВА ТРЕТЬЯ
ПОВЕДЕНИЕ УГЛЯ И ТОРФА ПРИ ХРАНЕНИИ НА ОТКРЫТЫХ СКЛАДАХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
3.1. ВЫВЕТРИВАНИЕ
В геологии процесс разрушения и качественного изменения горных пород на земной поверхности под влиянием окружающей среды называют выветриванием.
При хранении твердого топлива на открытом складе оно подвергается воздействию различных внешних факторов, что приводит к изменению его первоначальных свойств и сопровождается различными внешними проявлениями. Выветривание горных пород происходит под влиянием атмосферных кислорода, двуокиси углерода и водяного пара, грунтовых и атмосферных вод, биологического фактора, сезонных и суточных колебаний температуры и т. п. По роду воздействия внешней среды различают выветривание физическое, ведущее к раз рушению материала без изменения его состава, и химическое, вызывающее изменение состава материала и образование новых продуктов, более или менее устойчивых в условиях земной поверхности. В большинстве случаев физическое и химическое выветривания действуют одновременно, но в зависимости от реальных условий преобладает одна из форм. Выветривание твердых горючих ископаемых, в частности угля, может происходить как при хранении топлива на складе, так и в коренном его залегании.
Физическое выветривание топлива па складах происходит под влиянием главным образом механического воздействия воды, атмосферных осадков и ветра. В результате разрушаются складские единицы хранения (штабели, кучи, отвалы), топливо частично рассеивается и теряется.
Потери топлива из оформленных складских единиц, вызванные воздействием атмосферных осадков и ветра, носят эпизодический характер, возникают от случая случаю и с трудом поддаются количественной оценке. Они заметно возрастают с ухудшением обработки поверхности штабеля и при хранении топлива в неоформленных кучах и отвалах. Рассеивание топлива с оформленных штабелей заметно увеличивается при движении по ним самоходных механизмов. При систематическом пробеге машин по штабелю на его поверхности образуются колеи, заполненные мельчайшей пылью, которая поднимается гусеницами тракторов и уносится ветром за пределы склада. В периоды таяния снега и ливневых дождей эти колеи превращаются в русла ручьев и потоков, вызывающих значительные эрозионные повреждения поверхности штабелей.
Значительные механические потери наблюдаются во время приемки топлива на склад и его движении по складу. Топливо принимается с подающих конвейеров через течки, часто устанавливаемые на значительной высоте. Истечение топлива из них сопровождается уносом значительной части мелочи за пределы склада. Эти потери легко устраняются с помощью телескопических труб, установленных на выдающих течках. Значительное рассеивание топлива наблюдается при работе кранов-перегружателей, когда топливо на место закладки сбрасывается с большой высоты.
Особенностью механического рассеивания топлива является то, что потери, им обусловливаемые, сокращаются с увеличением площади склада, так как значительная часть топлива, смытая водой или поднятая ветром, вновь осаждается на территории склада.
Наиболее доступным и достаточно эффективным способом предупреждения размывания штабелей талыми и ливневыми водами, а также уноса топлива ветром является придание штабелю обтекаемой формы и хорошая укатка всей его поверхности. При хорошо спланированной и укатанной поверхности вода со штабеля стекает небольшими струйками, смывая только самые мелкие частицы топлива. Известны попытки создания организованного стока ливневых вод со штабеля в канализацию. В отечественной и зарубежной литературе рекомендуют в целях предупреждения рассеивания топлива укатанную поверхность штабеля обрабатывать водными эмульсиями масла или мазута. Однако эти способы защиты на складах электростанций до сих пор не получили заметного распространения.
Таблица 3.1. Возможные изменения качественных показателей.
Физическое выветривание, характерное для бурых углей с высоким содержанием влаги, связано с ее потерей. Сущность этого выветривания заключается в том, что топливо, изъятое из коренного залегания и перенесенное на поверхность земли, постепенно подсыхает, дает усадку и растрескивается, образуя осколки в виде чешуек или остроугольных обломков. Время разрушения куска топлива при выветривании сильно зависит от внешних условий и колеблется в весьма широких пределах. Так, угли Канско-Ачинского бассейна в дождливую и прохладную погоду не проявляют признаков выветривания в течение длительного времени, а в сухую и теплую, при воздействии прямых солнечных лучей, признаки растрескивания появляются уже через несколько часов.
Выветривание угля, сопровождающегося растрескиванием, при штабельном хранении сортовых углей представляет собой нежелательное явление, так как повышает содержание в топливе мелочи, которая, заполняя пространство между кусками, ухудшает теплообмен штабеля с окружающей средой и способствует самонагреванию и самовозгоранию. При хранении угля в уплотненных штабелях выветривание, связанное с потерей влаги и растрескиванием топлива, существенно не сказывается на теплообмене и аэрации штабеля, но сопровождается, с одной стороны, уменьшением массы хранимого топлива, а с другой — повышением его удельной теплоты сгорания.
Максимально возможную потерю влаги при физическом выветривании топлива можно рассчитать как разность между фактической влажностью исходного топлива и его гигроскопической влажностью, а повышение теплоты сгорания — как разность теплот сгорания воздушно-сухого и исходного топлива. В табл. 3.1 приведены максимально возможные потери влажности и повышения удельных теплот сгорания при выветривании некоторых бурых углей. Из приведенных данных видно, что удельная теплота сгорания некоторых бурых углей в результате выветривания может значительно увеличиться.
Химическое выветривание угля в настоящее время рассматривают как окислительно-гидролитическую деструкцию — совокупность самостоятельных и сопряженных процессов окисления, восстановления, гидролиза и расщепления его молекул. При химическом выветривании твердых горючих ископаемых происходят изменения, характер которых обусловлен составом и строением окисляемого органического вещества и условиями его окисления. Поэтому угли различной зрелости по-разному ведут себя при хранении, по-разному изменяют свои начальные свойства со временем и образуют конечные продукты выветривания, сильно различающиеся по физическим и химическим свойствам. Общим при химическом выветривании твердых горючих ископаемых является то, что все окислительные процессы, связанные с химическим выветриванием, протекают с выделением тепла, которое, с одной стороны, обусловливает потерю теплоценности хранимого топлива, а с другой, является причиной самонагревания и самовозгорания при хранении.
Химическому выветриванию, точнее окислению, час то подвергаются угли в коренном залегании. Основным фактором их выветривания является атмосферный кислород, проникающий к угольной залежи по трещинам и порам вмещающих пород, и кислород, содержащийся в грунтовых водах, омывающих угольные пласты, Растворенные в грунтовых водах соли, кислоты и осо. бенно вещества со щелочной реакцией способствуют окислению и разрушению топлива. Угли, подвергшиеся воздействию кислорода в угольных пластах, принято называть окисленными, а часть залежи, в пределах которой размещены угли, затронутые окислением, — зоной окисления залежи. Глубина распространения зоны окисления зависит от уровня грунтовых вод, газопроницаемости вмещающих пород и индивидуальных особенностей топлива и равна 50—60 м и более от поверхности земли.
В пределах зоны окисления степень окисленности угля не одинакова. В верхних горизонтах залежи расположены наиболее окисленные угли, имеющие сажистую структуру и обладающие небольшой механической прочностью. Ниже расположен сильно трещиноватый уголь средней окисленности, а еще ниже — наименее окисленные угли, внешне не отличающиеся от неокисленных.
Окисленные угли по сравнению с неокисленными всегда обладают ухудшенными технологическими и теплотехническими характеристиками. Они имеют повышенную рабочую и гигроскопическую влажность, более высокое содержание кислорода и сульфатной серы, более низкое содержание углерода и водорода, более низкую удельную теплоту сгорания и полностью лишены способности спекаться. Выход летучих веществ у окисленных углей выше, чем у неокисленных, а удельная теплота сгорания их значительно ниже.
Свойства окисленных каменных углей плавно изменяются с ростом окисленности и постепенно приближаются к свойствам бурых углей. Поэтому при маркировке углей различных месторождений иногда бывает затруднительно решать вопрос о принадлежности данного образца к бурым или каменным окисленным углям. Факт окисления и степень окисленности каменных углей обычно устанавливают (ГОСТ 8930—70) путем сопоставления свойств и элементного состава окисленного и неокисленного топлива или путем подсчета числа окисленных частиц в измельченной пробе под микроскопом. Определение окисленности частиц позволяет обходиться без контрольного образца. Однако этот метод не позволяет зафиксировать ранние стадии окисления. Методы, основанные на сопоставлении различных физико-химических показателей окисленного и неокисленного угля, требуют обязательного наличия контрольного образца, взятого из зоны, не затронутой окислением. На практике чаше всего пользуются методом сопоставления удельных теплот сгорания горючей массы окисленного и неокисленного образцов и по изменению этого показателя судят о степени окисленности. В частности, по углям Кузнецкого бассейна к первой группе окисленности относят угли, у которых удельная теплота сгорания ниже не более чем на 10% по отношению к неокисленному топливу. Ко второй группе отнесены угли, у которых удельная теплота сгорания ниже более чем на 10%, но не более чем на 25%, Топливо, у которого удельная теплота сгорания снизилась более чем на 25%, уже не является товарной продукцией, и его могут поставлять как энергетическое топливо только с согласия потребителя.
Окисленные угли маркируют по неокисленному углю, где после условного обозначения марки исходного угля ставят «ОК» и группу окисленности римской цифрой.
