În Siberia, principala modalitate de a genera energie electrică și căldură este arderea combustibilului de cărbune. În ciuda cererilor din ce în ce mai mari de îmbunătățire a parametrilor de mediu centrale termice bazat pe combustibili fosili, cărbunele va rămâne principalul combustibil în Siberia pe termen scurt și lung, mai ales că rezervele sale depășesc de multe ori volumele altor resurse energetice.

În prezent, la centralele termice pe cărbune și la casele de cazane, o cantitate imensă de combustibil suplimentar foarte reactiv (păcură, kerosen, gaz) este ars pentru a aprinde și menține arderea. Co-combustia cărbunelui cu păcură, practicată la centralele termice pe cărbune pulverizat, duce la o creștere vizibilă a arderii mecanice a combustibilului, o scădere a eficienței cazanelor și a fiabilității echipamentelor cazanelor și o creștere a emisiilor. de oxizi de azot, sulf și pentoxid de vanadiu. Prin urmare, este evidentă necesitatea reducerii proporției de păcură la aprinderea și iluminarea pistoletului cu cărbune pulverizat în cazanele pe cărbune pulverizat ale centralelor termice.

Oamenii de știință de la Institutul de Termofizică numit după S.S. Kutateladze SB RAS au propus o soluție la această problemă - o metodă de activare mecanochimică a combustibilului de cărbune. Combustibilul de cărbune este supus măcinării la stres ridicat în dispozitive speciale de măcinat, datorită cărora reactivitatea acestuia crește.

Oamenii de știință cred că în acest fel caracteristicile calitative ale cărbunelui pot fi apropiate de cele ale gazului și petrolului, iar praful de cărbune va costa mult mai puțin decât păcura. Prin măcinarea cărbunelui, acesta arde mai bine și se aprinde mai ușor. Se dă foc cu ajutorul unui dispozitiv special de aprindere cu gaz: un minut mai târziu gazul este oprit, iar praful de cărbune arde de la sine, fără surse externe.

„În medie, aproximativ cinci milioane de tone de păcură sunt arse în Rusia anual și, în comparație cu cărbunele, păcură este de aproximativ zece ori mai scumpă”, spune Evgeniy Butakov, student absolvent la Institutul de Termofizică SB RAS. — „Trucul” nostru este să scoatem păcurul și să lăsăm cărbunele. Potrivit calculelor, echipamentele pentru înlocuirea păcurului achiziționate pentru o stație se vor amortiza în aproximativ un an. Astăzi vor să implementeze sistemul nostru în Krasnoyarsk - au fost deja efectuate experimente, negocierile sunt în curs. Am propus dezvoltarea și inginerilor energetici din Novosibirsk, dar lucrurile nu au depășit un schimb de scrisori. Specialiștii au venit la noi, le-am arătat tehnologia în acțiune și au primit feedback pozitiv. Asta este tot pentru acum. Pentru a ne prezenta proiectul, participăm la concursuri, suntem rezidenți în Skolkovo, avem un partener industrial la Moscova care caută structuri interesate.

Tehnologiile progresive sunt benefice în primul rând consumatorilor de energie electrică, subliniază dezvoltatorii. Costurile de producere a resursei, inclusiv costurile suplimentare pentru păcură, sunt incluse în tarife. Potrivit oamenilor de știință, introducerea de noi tehnologii ar putea accelera deciziile la nivel guvernamental.

Rumegușul obișnuit și așchiile de lemn pot fi ars în cazane fabricate în acest scop, dar cu praful de cărbune nu este atât de simplu.

Cei care au încercat deja să-și încălzească cazanul cu un astfel de combustibil au înțeles că jumătate din acesta pur și simplu dispare, căzând între tijele grătarului în cenușă, în timp ce a doua jumătate este sinterizată în piatră și împiedică combustibilul ars să intre în cenușă. Toate aceste motive duc la o scădere a calității arderii și, prin urmare, la transferul de căldură.

Dar, pe de altă parte, aruncarea prafului de cărbune este, cel puțin, o prostie, conține o cantitate mare de energie. Și aici problema poate fi rezolvată prin transformarea cărbunelui în brichete, despre care vom vorbi mai jos.

Mai multe despre tehnologia brichetare

O serie de parametri sunt utilizați pentru a clasifica brichetele de combustibil:

  • materialul din care este realizată bricheta;
  • formă;
  • Securitate;
  • prietenos cu mediul;
  • tip de ambalaj.

Desigur, puteți arde un astfel de praf încălzind mai întâi cazanul cu lemne, apoi turnați fracțiunea fină pe el. Dar această abordare nu este o soluție, este foarte supărătoare, deoarece trebuie să adăugați puțin câte puțin praf de cărbune, ceea ce înseamnă des.

Dacă puneți imediat o cantitate mare de praf de cărbune pe lemn de foc, acesta se va vărsa în continuare în grătar și astfel, problema arderii parțiale a combustibilului nu va dispărea, în plus, restul prafului va cădea între lemn de foc, bloc fluxul de aer și arderea vor fi slăbite semnificativ.

Pentru a evita toate inconvenientele de mai sus, trebuie să presați praful de cărbune în brichete, care în această formă vor arde perfect, eliberând toată energia lor.

evoluții rusești

Soluția de presare a fracției fine de combustibil a fost inventată la începutul secolului trecut de cercetătorul rus A.P. Veșniakov.

Ideea lui este încă folosită în industrie și în viața de zi cu zi. Esența ideii este de a presa pulberea de lemn în elemente solide care pot arde și degaja căldură nu mai rău decât cărbunele însuși.

Ca să nu mai vorbim despre tehnologie detaliatăși fără a enumera tipurile lor, se poate observa că sunt de două tipuri principale:

  • folosind componente de legare, ardere industrială;
  • fără ele, pentru uz casnic.

Este important să știți: brichetele realizate cu ajutorul tehnologiei care implică utilizarea elementelor de potrivire nu pot fi folosite în viața de zi cu zi. Când ard, sunt eliberate multe substanțe toxice, care sunt îndepărtate de echipamente speciale în timpul producției.

Vorbim despre tehnologia de producere a brichetelor fără utilizarea componentelor de legare. Producția decurge după cum urmează:

  • Inițial, praful de cărbune și pietricelele mici sunt zdrobite, cea mai mare particulă la ieșire nu trebuie să fie mai mare de 6 mm;
  • Apoi amestecul este uscat la un conținut de umiditate de 15%. In acest scop se folosesc uscatoare de tip abur si gaz;
  • Apoi praful este răcit și transferat în presă. Efectul său asupra fracției fine se produce la o presiune de 100 până la 150 MPa, într-o presă specială tip ștampilă;
  • apoi produse terminate depus spre depozitare.

Cerințele privind dimensiunea particulelor și presiunea de compactare pot varia în funcție de echipamentul utilizat și de scopul combustibilului. De exemplu, linia de producție UNITEK lucrează cu particule de până la 0,25 mm și umiditatea acestora de la 6 la 16%.

Ca urmare, obținem un produs cu un conținut de cenușă de 15-20%, capabil să reziste la o presiune de -3 kg/cm, iar la scăpare de la o înălțime de doi metri, pierderea de greutate în urma impactului va fi nesemnificativă. . Intensitatea energetică a brichetelor va depinde direct de praful de cărbune din care sunt fabricate.

Productie industriala

Pentru producția de brichete tip industrial Se folosesc următorii lianți:

  • amestec de ulei de bitum;
  • ciment;
  • aditivi lignosulfonați;
  • sticla lichida;
  • melasă.

Pentru a procesa particule mici de cocs și alte tipuri de cărbune, se folosesc adesea ciment și sticlă lichidă. Astfel de materiale sunt utilizate în principal în metalurgie, unde utilizarea acestor substanțe este permisă.

Gudronul de cărbune cu bitum de petrol este folosit și pentru producția de brichete de cărbune industrial. Nu pot fi folosite pentru a încălzi clădirile rezidențiale, deoarece se vor elibera cantitate mare benzopiren și alte elemente toxice interzise de SES.

Productie la domiciliu

Pentru a face brichete de cărbune cu propriile mâini, trebuie să aveți praf de cărbune în sine și argilă, un element de legare sigur. Adăugând puțină apă, praful și argila se amestecă 10:1, astfel încât soluția capătă consistența dorită. Este foarte important să amestecați bine substanțele.

Pentru a crea brichete, puteți folosi fie un mixer de construcție obișnuit, fie echipamente speciale, de exemplu marcă Weber. Dacă decideți să faceți brichete manual, puteți folosi orice recipient, cutie, tigăi etc. ca formă. La sfârșitul producției, brichetele de combustibil trebuie să fie uscate.

Notă: folosirea echipamentelor pentru a crea brichete acasă va fi neprofitabilă.

Desigur, brichetele făcute acasă nu sunt ideale. Puterea lor nu este la fel de mare ca cea a analogilor industriali, au umiditate și transfer de căldură diferit.

Dar oricum ar fi, ard perfect în cazan, mult mai bine decât praful de cărbune care se coace și cade prin ele. Și costul cu siguranță îi va mulțumi. Recenziile pozitive lăsate despre această tehnologie vorbesc de la sine.

Cum se produc brichete de cărbune, vezi următorul videoclip:

Proprietățile și caracteristicile prafului de cărbune includ dimensiunea particulelor de praf. Praful de cărbune este format din particule de până la 300 de microni în dimensiune, cu o predominanță a fracțiunilor mici. Majoritatea prafului de cărbune conține particule cu dimensiuni cuprinse între 20 și 50 de microni, în funcție de finețea măcinării. Praful, în special cărbunele bogat în substanțe volatile, este predispus la ardere spontană, care este una dintre principalele cauze de explozie în sistemele de preparare a prafului. Pericolul arderii spontane a prafului este inclus și în proprietățile și caracteristicile prafului de cărbune, acesta crește cu creșterea temperaturii ambientale și la contactul cu suprafețele fierbinți. Cel mai exploziv este praful care conține particule mai mici de 200 de microni. Pentru a caracteriza proprietățile de măcinare ale combustibilului, ei folosesc așa-numitul laborator coeficient relativ macinabilitatea combustibilului. Acestea sunt proprietățile și caracteristicile importante ale prafului de cărbune. Se înțelege ca atitudine costuri unitare electricitate în timpul măcinării (într-o moară de laborator standard) a combustibilului de referință și de testare. Proprietățile și caracteristicile prafului de cărbune includ și calitatea particulelor de praf. Calitatea prafului obtinut in instalatiile de preparare a prafului se caracterizeaza de obicei prin finetea macinarii, determinata prin cernerea probei pe site cu orificii de diferite dimensiuni. În urma cernerii, se determină praful rămas pe sitele specificate, ceea ce caracterizează finețea măcinarii. Pe baza datelor de cernere, se poate construi dependența reziduului de diferite site de dimensiunea particulelor (dimensiunea găurii sitei), care este numită caracteristica granulelor de praf. Valorile reziduurilor pe sitele de 90 și 200 µm ne permit să judecăm uniformitatea prafului. Evident, cu cât praful este mai uniform, cu atât mai puțină energie electrică trebuie cheltuită pentru prepararea lui. Cu cât este mai mare diferența dintre reziduurile de pe sitele de 90 și 200 de microni, cu atât praful este mai uniform în compoziție. Există densități de praf în vrac și aparente. Densitatea în vrac este înțeleasă ca raportul dintre masa prafului și volumul său total (volumul total constând din volumul fazei solide a particulelor, porii din interiorul particulelor și spațiile de aer dintre particule). Densitatea aparentă a prafului este înțeleasă ca raportul dintre masa de praf și volumul total ocupat de faza solidă a particulelor de praf și porii din interiorul particulelor. Densitatea în vrac este utilizată atunci când se calculează capacitatea recipientelor de praf pentru depozitarea prafului. Densitatea aparentă este utilizată în proiectarea alimentatoarelor de praf, a separatoarelor și a cicloanelor. Umiditatea prafului finit afectează condițiile de aprindere a acestuia și cursul procesului de ardere. Cu cât conținutul de umiditate al prafului este mai mic, cu atât se aprinde mai ușor și arde mai repede. De obicei, praful este uscat în așa fel încât umiditatea acestuia să fie apropiată de umiditatea higroscopică a combustibilului (Wgh - vezi § 2-2).



Procese de ardere a combustibilului

Arderea este combinația rapidă a oxigenului cu elemente combustibile combustibile (carbon, hidrogen și sulf) și este însoțită de eliberarea de căldură și lumină. Oxigenul este furnizat cuptorului cu aer. Aerul uscat este format din două elemente: 21% oxigen și 79% azot. Doar oxigenul participă la arderea combustibilului. Pentru ca arderea combustibilului să înceapă, este necesar să aduceți temperatura la temperatura de aprindere, la care arderea are loc independent, fără alimentare de căldură. Temperatura de aprindere depinde de tipul de combustibil și de condițiile în care are loc procesul de ardere. Temperatura de aprindere a păcurii este de 500-700°, cărbune 500°, antracit 700°, lemn de foc 300°. Carbonul este constituentul principal al oricărui combustibil; se arde fie în dioxid de carbon (CO2), fie în monoxid de carbon (CO). Când o cantitate suficientă de aer (și, prin urmare, oxigen) este furnizată cutiei de foc, reacția de ardere a carbonului are loc complet. Dacă există o lipsă de aer, reacția de ardere a carbonului nu va avea loc complet și va fi eliberată semnificativ mai puțină căldură. Din cauza arderii incomplete a carbonului, produsul nu este dioxid de carbon, ci monoxid de carbon. Al doilea element combustibil care face parte din combustibil este hidrogenul (H2). Procesul de ardere a hidrogenului este, de asemenea, însoțit de eliberarea de căldură. Din ecuațiile pentru arderea carbonului ca principal element combustibil al oricărui combustibil, reiese clar că la arderea incompletă a carbonului, adică atunci când arderea are loc cu lipsă de aer și ca urmare a arderii, în loc de dioxid de carbon (CO2). ), se obține monoxid de carbon (CO), căldura va fi eliberată de trei ori mai puțin. De aici rezultă că este necesar să ne străduim să creăm condiții în care arderea combustibilului să aibă loc complet, adică cu o cantitate suficientă de aer pentru ca carbonul să ardă în dioxid de carbon (CO2). Cunoscând compoziția fiecărui tip de combustibil, puteți calcula cantitatea de aer necesară pentru arderea completă. Dacă împărțim cantitatea de aer efectiv introdusă în cuptor pentru arderea a 1 kg sau 1 m3 de combustibil la cantitatea de aer calculată, adică la cantitatea de aer necesară în aceleași scopuri, dar determinată ca urmare a calculelor (teoretic) , vom obține un număr numit coeficientul de exces de aer. În consecință, coeficientul de exces de aer este raportul dintre aerul practic necesar pentru arderea unei unități de combustibil (kg, m3) și cantitatea de aer calculată (teoretică). Este întotdeauna necesar să depuneți eforturi pentru arderea completă a combustibilului cu un raport minim de exces de aer.

Compoziția chimică a prafului. Unul dintre principalii factori care caracterizează tendința prafului de a exploda este eliberarea de substanțe volatile în timpul descompunerii termice a cărbunelui fără acces la aer.

Principalele componente din compoziția substanțelor volatile care provoacă explozivitatea prafului sunt compușii rășinoși și hidrocarburile grele. Principalele componente inflamabile ale substanțelor volatile sunt metanul, hidrogenul, monoxidul de carbon, dioxidul de carbon, etanul, hidrocarburile grele etc.

Limita inferioară de explozie a amestecului de produse gazoase de descompunere termică a cărbunelui este practic constantă și egală cu 4,2%.

Explozivitatea este cauzată de influența simultană a tuturor componentelor inflamabile.

Gradul de explozibilitate al prafului poate fi caracterizat prin presiunea la locul exploziei. O creștere a randamentului de substanțe inflamabile (V daf) determină o creștere a presiunii de explozie. Praful de cărbune este împărțit în slab exploziv (V daf<15%) и сильновзрывчатую (V daf >15%).

Dispersia prafului. Compoziția dispersată a prafului este un factor semnificativ care determină explozivitatea acestuia. La dimensiuni mari particule de praf, se observă o creștere aproape liniară a forței exploziei odată cu creșterea dispersiei sau a suprafeței specifice a prafului.

Totuși, această creștere, începând cu particule cu un diametru de 100 μm, continuă mult mai încet. Forța exploziei în unele cazuri atinge un maxim cu un diametru al particulei de aproximativ 10 microni.

Explozivitatea prafului de cărbune crește odată cu gradul de măcinare a acestuia și, prin urmare, într-o mină, pe măsură ce se îndepărtează de sursa de formare a prafului, devine potențial mai exploziv.

Compoziția atmosferică. Compoziția mediului în care are loc explozia este esențială. Dacă atmosfera minei conține metan, este posibilă o explozie la concentrații mai mici de praf.

S-a stabilit că limita inferioară de explozie a prafului puternic exploziv este de 17÷18 g/m 3 , iar în prezenţa a 2,5% metan aceasta scade la 5÷6 g/m 3 . Limita superioară de explozie, conform MakNII, este 300÷400 g/m 3 .

Umiditatea prafului. Factorul de umiditate joacă un rol semnificativ în evaluarea explozivității prafului. Umiditatea acționează ca un aditiv inert.

Deoarece capacitatea termică a apei este mai mare decât capacitatea termică a prafului inert, ținând cont de căldura de evaporare, apa absoarbe de 5 ori mai multă căldură decât praful inert.

Praful suspendat în aerul minei cu orice conținut de umiditate poate exploda în prezența unei surse puternice de aprindere.

Principalul factor în efectul de protecție al umidității de la o explozie este legarea prafului depus pe sol și pe suprafețele laterale ale lucrărilor miniere.

Conținut de cenușă de praf. Prezența cenușii reduce explozivitatea prafului de cărbune, deoarece o parte din căldura generată este cheltuită pentru încălzirea particulelor de praf inert, ceea ce duce la scăderea temperaturii aerosolului.

Conținutul natural de cenușă al cărbunelui nu este de obicei suficient pentru a preveni o explozie. Prin urmare, se folosește cenusa artificială a prafului în lucrările miniere - înclinare.

Danilov Alexandru Ghenadievici
Inginer expert al GorMash-YUL LLC, expert al Sistemului Unificat de Evaluare a Conformității în industria cărbunelui.
Co-autori: Grachev Eduard Aleksandrovich – expert al Sistemului Unificat de Evaluare a Conformității în industria cărbunelui;
Stanislav Vladimirovici Kulchitsky – expert al Sistemului Unificat de Evaluare a Conformității în industria cărbunelui;
Galiev Marat Gaptulovich – expert al Sistemului Unificat de Evaluare a Conformității în industria cărbunelui.

Explozivitatea prafului de cărbune este determinată de proprietățile fizice și chimice ale stratului de mine care se dezvoltă și de condițiile de exploatare în care este posibilă o explozie.

Proprietățile fizico-chimice includ: stadiul metamorfismului cărbunelui, exprimat cantitativ prin eliberarea de substanțe volatile, conținutul de cenușă și umiditate din cărbune, dispersia prafului de cărbune plutitor și depus. Condițiile miniere includ: concentrația de praf de cărbune în suspensie și depus în exploatarea minelor, sursa de aprindere, conținutul de metan în atmosferă.

Gradul de influență factorii enumerați Explozivitatea prafului de cărbune variază.

Influența substanțelor volatile.

Este general acceptat, conform cercetărilor institutelor de cercetare MakNII, VostNII și altele, că odată cu creșterea substanțelor volatile (Vcdaf), explozivitatea prafului de cărbune crește și există valoare limită eliberarea de substanțe volatile, la care praful încetează să explodeze. Când Vcdaf ≤ 6%, cărbunele nu este periculos din cauza exploziilor de praf cu o creștere a randamentului de substanțe volatile, frecvența de apariție a probelor neexplozive scade, iar când Vcdaf ≥ 15%, stratul de cărbune este în mod corespunzător periculos; la explozii de praf. Pentru cărbunii cu Vcdaf >30%, limita inferioară de explozie a prafului de cărbune crește ușor și practic rămâne constantă. Ca indicator al explozivității prafului de cărbune, în fiecare țară sunt acceptate diferite valori pentru randamentul substanțelor volatile. De exemplu, în Marea Britanie randamentul maxim de substanțe volatile, care determină explozivitatea prafului de cărbune, este de 20%. În Polonia, Cehia și Belgia, straturile de cărbune cu un randament volatil de peste 12-14% sunt considerate periculoase din cauza exploziilor de praf. În Franța, explozivitatea prafului de cărbune pentru fiecare strat de mină este determinată prin teste de laborator, indiferent de eliberarea de substanțe volatile. ÎN Federația Rusă Conform FNiP actual în domeniul siguranței industriale „Reguli de siguranță în minele de cărbune”, straturile de cărbune cu un randament de substanțe volatile de 15% sau mai mult, precum și straturile de cărbune (cu excepția antracitului) cu un randament mai scăzut de substanțe volatile, explozivitatea de praful a fost stabilit prin teste de laborator, sunt clasificate ca fiind periculoase pentru exploziile de praf și testarea prafului de cărbune pentru explozibilitate. Acest lucru este justificat de o analiză sistematică a datelor din testele de explozibilitate a prafului de cărbune, ale căror rezultate sunt prezentate în Fig. 1. Graficul arată că la Vcdaf≤ 6%, toate probele de praf de cărbune testate sunt neexplozive. Odată cu creșterea randamentului de substanțe volatile, frecvența de apariție a probelor neexplozive scade, iar când Vcdaf = 15% sau mai mult, toate probele de praf de cărbune testate s-au dovedit a fi explozive.

Fig.1. Dependenţa frecvenţei n a apariţiei prafului de cărbune neexploziv de eliberarea de substanţe volatile Vcdaf.

Pe baza unor studii efectuate anterior, atât aici, cât și în străinătate, putem concluziona că praful de cărbune din straturile de mine cu un randament de materie volatilă de 6% sau mai puțin este neexploziv conform metodelor de testare acceptate. Cu toate acestea, eliberarea de substanțe volatile nu este întotdeauna un indicator clar al explozivității prafului de cărbune. Motivul este diferența în compoziția chimică a substanțelor volatile. Studiile privind compoziția chimică a produselor de descompunere termică a cărbunelui au arătat că principalele componente ale substanțelor volatile responsabile de explozivitatea prafului de cărbune sunt substanțele gudronate și hidrocarburile nesaturate pe motiv că gudronii încep să se elibereze la temperaturi mai scăzute, precum și hidrocarburile nesaturate. au o concentrație scăzută limită de explozie. Influența altor componente volatile este de importanță secundară. Cu toate acestea, nu a fost stabilită orice dependență cantitativă a explozivității prafului de randamentul acestor componente și nu s-a dat nicio explicație pentru faptul că explozivitatea prafului de cărbune cu un randament de substanțe volatile mai mic de 10%, care practic nu nu contine substante rasinoase.

Pe baza ideilor despre structura materiei de cărbune, atunci când particulele de cărbune pulverizate sunt expuse termic, lanțurile de grupuri laterale de molecule care sunt cele mai îndepărtate de miezul central sunt mai întâi deschise. În acest caz, gazos, lichid și solide. Produsele gazoase sunt un amestec de gaze format din CO2; CO; H2; CH4; C2H6, etc. Având în vedere că procesul de explozie a prafului de cărbune se desfășoară rapid, în timpul pregătirii pentru acesta particulele din norul de praf se încălzesc la o temperatură semnificativ mai mică decât temperatura sursei de aprindere (frontul flăcării). Piroliza prafului are loc la temperaturi scăzute, iar produsele gazoase se caracterizează printr-un conținut ridicat de metan, omologii săi și hidrocarburi nesaturate. Acesta din urmă face posibilă presupunerea că componenta principală a produselor de piroliză gazoasă, care determină explozivitatea prafului de cărbune, este metanul (CH4). conținutul de CH4 în produsele de piroliză crește (Fig. 2).


Fig.2. Dependența conținutului de metan în operațiunile gazoase ale produselor de piroliză a cărbunelui V de randamentul substanțelor volatile Vcdaf.

Pentru cărbunii cu un randament de materie volatilă de până la 30%, se observă un model strict între conținutul de metan din produsele de piroliză și gradul de explozibilitate a prafului, care este utilizat pentru clasificarea adecvată a straturilor de cărbune.

Prezența gazelor inflamabile în atmosferă. Deci, dacă există metan în producție, limita inferioară a concentrației de explozie a prafului de cărbune este redusă și este determinată de următoarea formulă empirică: δmpv = δex exp (-0,69 СН4), (de exemplu, cu CH4 = 0%, limita inferioară de explozie a prafului este de 40 g/m3 cu CH4=0,5% - 30 g/m3 cu CH4=2% - 10 g/m3);

Influența substanțelor neinflamabile și a umidității.

Substanțele minerale necombustibile sunt componente ale cărbunelui și, în funcție de originea lor, pot fi împărțite în două grupe, dintre care unul este intern, sau cenușă constituțională, iar al doilea - extern. Cenușa constituțională se caracterizează prin faptul că substanțele incombustibile sunt asociate chimic cu materia cărbunelui și sunt distribuite uniform în cărbune și, prin urmare, în praf. Conținutul său este mic și de obicei nu depășește 2%. Conținutul de cenușă externă este determinat în principal de tehnologia de extracție a cărbunelui. Cenușa ca aditiv inert reduce explozivitatea prafului de cărbune datorită efectului de ecranare și a consumului de căldură pentru încălzirea acestuia, reducând astfel echilibrul termic al sistemului. În plus, solidele neinflamabile amestecate cu praful de cărbune, fiind în stare de aerosoli, diluează concentrația particulelor explozive și, în stadiul de piroliză termică, contribuie la terminarea lanțurilor de reacție. Aceste proprietăți ale substanțelor neinflamabile au condus la utilizarea prafului inert pentru a preveni și localiza exploziile de praf de cărbune.

Explozivitatea prafului de cărbune este influențată și de compoziția materialului componentelor incombustibile. De exemplu, dacă sunt reprezentați de carbonați, atunci când sunt încălziți la 1073 K sau mai mult, ei eliberează cantitate semnificativă(12-15% vol.) dioxid de carbon, al cărui amestec în produsele de piroliză crește limita de concentrație de explozie a gazelor inflamabile.

Influența conținutului de substanțe incombustibile asupra explozivității prafului din straturi cu diferite stadii de metamorfism are un efect diferit. Pentru praful de cărbune cu eliberare de substanțe volatile mai mică de 15%, efectul conținutului de componente incombustibile este mai semnificativ decât în ​​cazul unui randament mai mare de substanțe volatile. Cercetările MakNII au stabilit că explozivitatea prafului de cărbune cu o eliberare de substanțe volatile mai mică de 15% este redusă semnificativ atunci când conținutul de cenușă este de 20-30%. În unele cazuri, acest conținut de cenușă este suficient pentru a neutraliza complet praful exploziv. Odată cu o creștere a randamentului de substanțe volatile cu peste 15%, gradul de influență al conținutului de cenușă naturală scade. Când eliberarea de substanțe volatile este mai mare de 30%, conținutul natural de cenușă nu afectează explozivitatea prafului de cărbune.

Umiditatea prezentă în cărbune se manifestă în două moduri. Pe de o parte, acționează ca un aditiv inert, pe de altă parte, ca un factor de promovare a autoeziunii particulelor mici, ducând la o scădere a suprafeței specifice a prafului și, în consecință, la o scădere a explozivității acestuia. . Datorită capacității ridicate de căldură specifică și căldurii de evaporare, absoarbe de 4,5-5 ori mai multă căldură la masă egală decât praful inert. Conținutul natural de umiditate din cărbune este nesemnificativ și nu are un efect vizibil asupra explozivității prafului de cărbune. Dar dacă praful depus este umezit la 12% sau mai mult, atunci nu poate deveni suspendat; și creează concentrații explozive. La o umiditate de 20-25%, praful, de regulă, nu explodează.

Influența compoziției dispersate a prafului.

Numeroase studii au stabilit că gradul de dispersie este un factor semnificativ care determină explozivitatea prafului de cărbune. Particulele de diferite dimensiuni mai mici de 1000 de microni iau parte la o explozie de praf, iar explozivitatea prafului de cărbune crește odată cu creșterea dispersiei.

Influența compoziției dispersate a prafului de cărbune asupra explozivității sale a fost studiată în detaliu la MakNII. Studiile au fost efectuate în instrumente de laborator cu praf din straturile miniere de diferite stadii de metamorfism a următoarelor fracții: 600-300; 300-150; 150-75; 75-50; 50-30; 30-10 și mai puțin de 10 microni, iar pentru cărbunele cu un randament mare de substanțe volatile (Vcdaf = 40,5%) mai mic de 5 microni.

În fig. Figura 3 arată dependența presiunii (P) dezvoltată în timpul exploziei prafului de cărbune de dimensiunea medie a particulelor sale (d).


Presiunea specifică dezvoltată în timpul unei explozii de praf într-un volum închis este luată ca indicator al explozivității. În două cazuri, s-a observat o scădere a indicelui de explozibilitate pentru fracția mai mică de 10 microni. Motivul scăderii acestui indicator pentru praful foarte dispersat este autoeziunea, care are loc mai eficient cu cât praful este mai fin. Acest lucru a fost dovedit cu ajutorul unui mic adaos de praf dintr-o fracție grosieră, care reduce drastic autoeziunea, dar practic nu modifică suprafața totală specifică. Ca urmare a acestui aditiv, s-a realizat o creștere semnificativă a explozivității prafului în fracția mai mică de 10 microni.

Cercetările efectuate în Polonia sunt demne de remarcat. Într-o mină experimentală, el a studiat explozivitatea prafurilor din același strat, unul conținând 85% particule cu dimensiunea mai mică de 75 microni și celălalt 96,3% particule cu dimensiunea mai mică de 15 microni. Pentru primul praf, pentru a-i neutraliza explozivitatea, a fost necesar un adaos de praf inert egal cu 4 kg la 1 kg de cărbune, pentru al doilea - 6,7 kg. Pe baza rezultatelor acestei lucrări și a altor studii, s-a constatat că particulele cu o dimensiune mai mică de 1000 de microni iau parte la explozie, praful de cărbune fin cu dimensiuni de particule de 60-100 de microni are cele mai mari proprietăți explozive; praful care trece prin sita nr. 80, praful de cărbune cu o dimensiune a particulelor de 45 microni are cele mai mari proprietăți explozive.

Pe baza celor de mai sus, putem concluziona că explozivitatea prafului de cărbune crește odată cu creșterea dispersiei, prin urmare, praful de cărbune din lucrările miniere este potențial mai exploziv pe măsură ce se îndepărtează de sursa de formare a prafului.

Cantitatea de praf în suspensie. Praful suspendat în aer se numește aerosol de praf. Cu un grad foarte mare de praf, distanța dintre particulele individuale de praf este foarte mică, iar praful nu este exploziv. Prin creșterea distanței dintre boabele de praf, ajungem într-un punct în care aprinderea și explozia sunt încă posibile, aceasta se numește limita superioară de explozie. Creșterea în continuare a distanței dintre particule până când explozia nu mai este posibilă duce la așa-numita limită inferioară de explozie. Efectul cel mai distructiv este explozia unui amestec de praf-aer care contine 300 g de praf in 1 m3 de aer. Pentru cel mai periculos praf de cărbune, limita inferioară a concentrației explozive este de 10 g/m3.

Compoziția chimică și minerală a prafului. Praful care conține 60-70% componente neinflamabile nu este exploziv.

Lista literaturii folosite:

  1. Norme și reguli federale în domeniul siguranței industriale „Reguli de siguranță în minele de cărbune, aprobate. prin ordinul Rostechnadzor din 19 noiembrie 2013 nr.550.
  2. Norme și reguli federale în domeniul siguranței industriale „Instrucțiuni pentru combaterea prafului în minele de cărbune”, aprobate. prin ordinul Rostechnadzor din 14 octombrie 2014 nr.462.
  3. GOST R 54776-2011 Echipamente și mijloace pentru prevenirea și localizarea exploziilor de amestecuri de praf-aer în minele de cărbune, periculoase din cauza gazelor și prafului.