석탄의 기술적 특성

석탄은 중요한 연료일 뿐만 아니라 야금, 화학 산업의 중요한 원자재이기도 합니다. 국민경제가 발전하고 석탄의 종합이용이 활발히 발전함에 따라 석탄의 기술적 특성을 연구하고, 석탄이 다양한 가공산업의 요구에 부합하는지 판단하며, 가장 합리적인 이용경로를 선택하고, 이를 실현하는 것이 더욱 필요해지고 있다. 올바른 산업 평가. 석탄의 기술적 특성에는 주로 응집성, 발열량, 화학 반응성, 열 안정성, 타르 생산량 및 선택성 등이 포함됩니다.

1. 석탄의 점결성

석탄의 점결성은 석탄 입자(직경 0.2mm 미만)가 공기와 분리된 후 스스로 달라붙을 수 있는지 여부를 나타냅니다. 또는 불활성 물질이 코크스를 형성하는 능력은 석탄 입자가 가열된 후 고품질 코크스(코크스의 강도와 덩어리가 야금 코크스의 요구 사항을 충족함)를 생성할 수 있는지 여부를 나타냅니다. 공기로부터의 격리. 석탄의 점결성은 점결성이 좋은 석탄은 점결성이 좋고, 점결성이 나쁜 석탄은 점결성이 낮을 수밖에 없습니다. 그러나 응집력이 좋은 석탄은 반드시 코킹 특성이 좋은 것은 아닐 수 있습니다. 예를 들어, 가스비료 석탄은 코킹 특성이 강하지만 생성된 코크스는 균열이 많고 강도가 낮기 때문에 코킹 특성이 좋지 않습니다. 석탄의 점결성 및 점결성은 원료탄의 중요한 품질 지표이며, 저온 탄화, 가스화 또는 동력탄을 평가하는 중요한 기초 중 하나이기도 합니다.

야금산업에서는 연료와 환원제로 고품질 코크스가 대량으로 필요합니다. 고로 연료로서 코크스는 어느 정도 덩어리지고 기계적 강도가 있어야 합니다. 코킹은 분쇄된 석탄을 폐쇄된 코크스 오븐에서 가열 및 증류하여 코크스를 형성하는 열처리 공정입니다. 코킹에 사용되는 석탄은 응집력이 있어야 합니다. 즉, 레토르트 열분해 과정에서 일정량의 콜로이드가 생성될 수 있어야 석탄 입자가 서로 결합하고 융합하여 전체 코크스 조각을 형성할 수 있습니다. 점결에 사용되는 석탄은 또한 점결 특성을 가져야 합니다. 즉, 석탄 탄화 과정에서 일정한 크기와 충분한 강도의 코크스를 생성할 수 있습니다. 석탄의 응집성은 석탄이 코크스를 형성하는 데 필요한 특성이며 가소성, 유동성, 팽창 및 기타 특성과 동일하며 석탄의 코크스 특성의 한 측면일 뿐이라는 것을 알 수 있습니다.

실험실에서 석탄의 점결 및 점결 특성을 측정하는 방법은 여러 가지가 있습니다. 우리나라에서는 현재 탄전 지질탐사에 콜로이드층 지수 측정법이 많이 사용되고 있으며 그 밖에도 로가지수법, 결합지수법(G), 오야 팽창법, 게진 레토르팅 시험, 자유팽창수 측정법, 기타 방법이 있다. Kiehl의 플라스토미터 방법과 같은 것입니다.

(1) 콜로이드층 지수 결정 방법

이 방법은 코킹의 산업 조건을 시뮬레이션하는 방법으로 측정 시 입자 크기가 1.5mm 미만인 깨끗한 석탄 샘플 100g을 넣습니다. 강철 컵을 사용하고 바닥에서 석탄 샘플을 일방적으로 가열합니다. 특정 온도에 도달하면 강철 컵에 일련의 등온층이 형성되고 온도가 위에서 아래로 증가합니다. 온도가 연화점 수준에 도달하면 석탄은 연화되어 콜로이드 층을 형성합니다. 콜로이드 층 아래의 온도는 콜로이드 응고점 수준에 도달하고, 콜로이드 층 위의 석탄은 응고됩니다. 부드러워지지 않은 상태로 유지됩니다(그림 6-12, 그림 6-13). 250℃부터 1분마다 3℃씩 온도를 상승시키며, 650℃까지 10분마다 콜로이드층의 상층과 하층의 높이를 측정한다. 측정 과정에서 콜로이드 층은 처음에는 상대적으로 얇다가 점차 두꺼워지고 다시 점차 얇아지므로 콜로이드 층은 최대 두께 값을 갖습니다. 프로브를 사용하여 석탄컵 콜로이드층의 상부 및 하부 수평면의 위치를 ​​정기적으로 측정하고, 측정된 데이터를 사용하여 그래프를 그려 콜로이드층의 최대 두께 Y 값(mm), 최종 수축률을 결정합니다. X 값(mm) 및 볼륨 변화 곡선(그림 6-14) 그 중 콜로이드층의 최대 두께 Y 값은 우리나라의 현재 석탄 산업 분류를 나타내는 두 가지 지표 중 하나입니다.

그림 6-12 콜로이드층 석탄컵의 코킹 공정 모식도(Yang Qi et al., 1979에 따름)

그림 6-13 콜로이드층 측정 장비 균형추 도식 다이어그램(Energy Geology, 2004에 따름)

그림 6-14 콜로이드 층 측정 곡선의 도식 다이어그램(Yang Qi et al., 1979에 따름)

Y 값은 석탄화 정도가 변함에 따라 정기적으로 증가합니다. 도 615에서, 비트리나이트계의 최대반사율(Romax)과 석탄화도를 기준으로 하면, 석탄화도가 증가할수록 Romax=0.8~1.2 범위에서 Y값이 가장 큰 것을 알 수 있다. 감소하면 Y 값도 감소합니다.

콜로이드 층을 측정하기 위한 석탄 샘플은 비중 1.4의 용액에서 선택해야 하며 매번 이중 샘플을 채취해야 합니다. 이 방법은 테스트 시간이 오래 걸리고 원료 석탄 샘플이 많이 필요합니다. (한 번에 정제된 석탄 200g이 필요함), 얇은 석탄층이나 작은 직경의 드릴링에서 얻은 일부 석탄 코어 샘플은 종종 측정 요구 사항을 충족하기 어렵습니다. 콜로이드 층 지수 방법은 중간 응집력 석탄을 구별하는 강력한 능력을 가지고 있으며 대부분의 석탄의 Y 값은 가산적이므로 원료탄 혼합 계산에 유리합니다. 이 방법은 Y값이 25mm보다 크거나 Y값이 10mm보다 작은 석탄의 경우 정확한 측정이 어려우며, 점결이 약한 석탄의 경우 해상력이 좋지 않습니다.

(2) 로가 지수법

입자 크기가 0.2mm 미만인 공기 건조된 역청탄 시료 1g과 표준 무연탄 시료(Ningxia Rujigou 무연탄, Ad <4, Vdaf >7, 입자 크기는 0.3~0.4mm), 균일하게 섞은 후 도가니에 넣고 연탄을 석탄 샘플 위에 놓은 다음 도가니 덮개를 추가하고 (850±10) 머플로에 넣습니다. )℃, 콜라를 15분간 방치한 후 도가니에서 꺼내 식힌 후 코크스 슬래그의 전체 질량을 잰다. 코크스 찌꺼기를 1mm 둥근구멍체로 체쳐 체 윗부분의 무게를 잰 후 드럼에 넣고 50rpm의 속도로 5분간 회전시킨 후 1mm 둥근구멍체를 사용한다. 체로 거른 후 체 윗부분의 질량을 달아 드럼에 넣어 2차 드럼시험을 하고, 선별과 계량작업을 반복하여 최종적으로 3회의 드럼시험을 실시한다. 다음 공식에 따라 Roga 지수를 계산합니다.

석탄 지질학

공식에서 Q는 코크스 슬래그의 총 질량이고, a는 1mm보다 큰 코크스 슬래그입니다. 첫 번째 드럼 회전 중량, g; b는 첫 번째 드럼 회전 후 1mm를 초과하는 코크스 잔류물의 중량, g는 두 번째 드럼 회전 후 1mm를 초과하는 코크스 잔류물의 중량, g는 코크스입니다. 세 번째 드럼 회전 후 잔여물이 1mm 이상인 경우, g.

로가 지수는 전체 질량 중 1mm보다 큰 입자 크기의 코크스가 차지하는 비율을 나타냅니다. 로가 지수가 클수록 입자 크기가 1mm보다 큰 코크스가 많아지고 석탄의 응집력이 좋아집니다. . R.I.(또는 LR로 표현됨) 값 >45는 중간 내지 강한 점결탄이고, R.I.=20~45는 약한 점결탄이고, R.I.=0~5는 약한 점결탄입니다. . R.I 값과 Y 값의 관계는 그림 6-16에 나와 있습니다. 그림 6-16에서 볼 수 있듯이 y=10~15 mm일 때 R.I. 값의 범위는 20~70으로 상당히 크며 이는 Roga 지수 방법이 y 지수 방법보다 중점결탄을 식별하는 능력이 더 우수함을 나타냅니다. 값. . Y 값이 0에 가까울 때에도 R.I.는 구별할 수 있습니다. 예를 들어, 산시성 푸바이 광산 지역의 특정 탄층에 있는 일부 석탄 샘플의 Y는 15~18이고, Y는 모두 0입니다. 그러나 서로 다른 R.I.=0에 따라 구별할 수 있습니다. R.I.=15는 희박 석탄을 의미하고;

그림 6-15 Y값과 석탄화도(Romax)의 관계(Yang Qi et al., 1979에 따름)

그림 6-16 Roga 지수와 석탄화도의 관계 Y 값(Yang Qi et al., 1979에 따름) Yang Qi et al., 1979)

Luojia 지수 방법에 사용되는 석탄 샘플은 거의 없으며 결정 방법이 간단하고 빠르며, 촉진하기 쉬운 단점은 Y값이 25mm보다 큰 경우 R.I.값이 80~92 사이인 등 응집력이 강한 석탄을 구별하는 능력이 부족하고 응집력이 매우 약한 석탄의 측정 재현성이 떨어진다는 점입니다. 가난하다.

(3) 결합 지수 방법

무연탄의 입자 크기를 0.1~0.2mm로 변경하는 것을 제외하고 측정 원리는 로가 지수와 동일합니다. 샘플과 무연탄을 분석하여 비율을 변경할 수 있으며, 드럼 테스트는 3회에서 2회로 변경됩니다. 결합 지수 G는 다음 공식에 따라 계산됩니다.

석탄 지질학

공식에서: m은 코크스 잔류물의 총 중량이고, g는 1mm보다 큰 코크스입니다. 첫 번째 분쇄 슬래그 중량, g; m2는 두 번째 분쇄 후 1mm를 초과하는 코크스 슬래그 중량, g입니다.

계산 결과가 G<18이면 분석된 석탄 시료와 표준 무연탄의 비율을 3:3으로 변경한 후 위의 실험을 반복합니다. G 값은 다음 공식에 따라 계산됩니다.

석탄 지질학

점결 지수는 약한 점결 석탄과 중간 점결 석탄을 구별하는 데 적합하며 테스트는 비교적 간단합니다. 그러나 강한 점결탄을 구별하는 능력이 좋지 않고, 약한 점결탄을 측정할 때에는 비율을 변경해야 한다는 점이 더욱 번거롭다.

(4) 오야 팽창 시험

오야 팽창 시험은 국제 석탄 분류 지표 중 하나이기도 합니다.

Oya 팽창도 b는 석탄이 가열되어 콜로이드 상태로 연화될 때의 최대 팽창률을 나타냅니다(그림 6-17). b 값의 크기는 주로 콜로이드 수, 응집 정도 및 휘발 속도와 관련이 있습니다. Y 값과 b 값의 관계는 그림 6-18에 나와 있습니다. 그림 6-18에서 Y 값이 25mm를 초과하면 b 값의 변화 패턴이 여전히 매우 뚜렷합니다. 예를 들어 우리나라 일부 지역의 1호 지방 석탄은 Y 값이 28mm이지만 측정된 b 값은 160과 160 사이 ~270 사이에서 O-Ya 팽창도가 강하게 점결된 석탄을 식별하는 좋은 능력을 가지고 있음을 알 수 있습니다.

그림 6-17 여러 석탄의 Oya 팽창 곡선(Yang Qi et al., 1979에 따름)

이러한 지표는 각각 고유한 특성을 가지고 있지만 모두 특정 제한 사항이 있습니다. 점결 범위 내 석탄 간의 구별이 불분명하다는 단점. 또한, 자유팽창수 및 게진 레토르트 시험법은 석탄을 엄격히 규정된 조건에서 가열하여 생성되는 코크스의 성질을 직접 관찰하고, 이를 표준 코크스 종류와 비교하여 석탄의 응집성 및 점결성을 판별하는 방법이다. . 이 두 가지 지표에 대한 평가는 주관적이기 때문에 인적 오류가 발생하는 동시에 일련번호는 정성적으로만 확인할 수 있으며 정확도도 낮습니다.

그림 6-18 b 값과 Y 값의 관계("중국 탄전 지질학"(1권), 1979에 따름)

새로운 산업 분류 지표를 공식화하기 위해 우리나라의 석탄에서는 북경석탄과학연구소 석탄화학연구소, 안산열에너지연구소 등 단위에서 부착지수를 향상시키기 위한 연구를 진행하고 있다. 새로운 지수는 다양한 점결 특성을 지닌 석탄을 명확하게 구별하기 위해 엄격한 정량적 데이터를 사용해야 합니다. 다년간 로가지수(Roga Index) 시험방법을 인용하여 국내에 축적된 많은 양의 자료에 따르면, 로가지수(Roga Index)가 단점이라면 Y값과 b값보다 석탄의 응집력을 더 잘 표현하는 것으로 나타났다. Roga Index 방법의 문제가 해결되면 중요한 조치를 취해야 개선이 더 나은 새로운 지표로 이어질 수 있습니다. 개선 방안은 각각 강점결탄과 약점결탄 판정에 사용되는 표준 무연탄의 표면적을 늘리거나 줄이는 것이다.

북경석탄화학연구소의 주요 개선점은 표준 무연탄의 입자 크기를 0.3~0.4mm에서 유연탄 입자 크기에 가까운 0.1~0.2mm로 변경하는 것이다. 균일하게 혼합하기 쉬우므로 표면적이 크게 증가하므로 점결탄의 식별력이 더욱 뚜렷하게 반영됩니다. 약점결탄(측정값<20)의 경우 3:3의 비율을 대신 사용하여 무연탄의 표면적이 상대적으로 줄어들도록 측정된 데이터를 경험계수로 나누어 의 값으로 환산하였다. 1:5의 비율. 개선된 방법을 역청탄 결합지수 결정방법이라 한다.

안산 열에너지 연구소의 주요 개선 사항은 다음과 같습니다. 테스트 석탄 샘플의 응집력에 따라 테스트 석탄과 무연탄의 세 가지 비율이 1:5, 2.5로 사용되었습니다. : 3.5, 6:0. 응집력이 극히 약한 석탄의 경우에는 시험 중에 무연탄을 첨가하지 않는 것 외에 특별한 드럼 시험법도 규정하고 있습니다. 코크스 생산에 가까운 테스트 조건을 만들기 위해 가열 속도를 3°C/min으로 변경했습니다. 개선된 방법을 석탄 응집력 시험법이라 한다.

이 두 가지 개선 방법은 특정 수식과 상수를 사용하여 세미 코크스 블록의 내마모 강도와 무연탄 첨가량을 기준으로 각각 지수를 계산하여 시험 석탄의 응집력 강도를 나타냅니다. 견본. 실험에 따르면 개선된 방법이 재현성과 차별성을 향상시키는 것으로 나타났습니다.

1960년대부터 철강 산업의 급속한 발전과 함께 세계 여러 나라에서는 원료탄의 점결 성능을 효과적으로 예측하고 테스트하기 위해 석탄암 분석 방법을 사용해 왔습니다. 코킹 중 각 미세 성분의 다양한 역할에 따라 다음과 같이 나눌 수 있습니다. ① 열분해 중에 콜로이드를 형성할 수 있는 비트리나이트 및 안정 성분을 포함한 활성 성분(가용성 성분이라고도 함) 비트리나이트보다 접착성이 약간 나쁘다. ② 명주군, 반실사군, 미네랄 등 불활성 성분(불융성 성분이라고도 함)은 열분해 시 콜로이드를 형성할 수 없다. 세미비트린군의 접착성은 둘 사이에 있으며, 계산상 그 함량의 1/3이 활성성분으로 분류됩니다. 석탄의 활성 성분과 불활성 성분의 비율이 높을수록 생성되는 코크스의 품질이 좋아집니다. 다양한 변성 단계에서 석탄의 불활성 성분을 결합하는 활성 성분의 능력은 다르며, 지방 석탄 단계(Ro=0.9)가 가장 강력합니다. 최근에는 석탄 및 암석 분석의 자동화가 진행됨에 따라 서독, 미국, 일본 및 기타 국가의 철강 회사에서 상업용 석탄 시료에 대한 석탄 및 암석 분석을 공동으로 수행하고 있습니다.

2. 석탄의 발열량

석탄은 연소될 때 많은 양의 열을 방출합니다. 석탄의 발열량은 단위 질량당 석탄의 완전 연소에 의해 발생하는 열이며, 종종 cal/g 또는 kcal/kg으로 표시됩니다. 발열량은 난방용 석탄의 품질 지표로, 연소 과정의 열수지, 석탄 소비량, 열효율 등을 계산하는 기초가 됩니다.

(1) 정의 및 단위

발열량은 석탄 연소의 열 균형, 열 효율 및 석탄 소비를 계산하는 데 사용됩니다. 가스화는 연소 및 가스화 장비의 설계 기초 중 하나입니다. 발열량은 저등급 석탄의 분류 지표 중 하나이며, 석탄의 다른 특성도 발열량을 기준으로 판단할 수 있습니다. 석탄의 발열량은 단위질량의 석탄이 완전히 연소될 때 발생하는 총열량을 말하며 기호 Q로 표시된다. 국제 열량 단위는 줄(J), 1J=1N·m(뉴턴·미터)입니다. 예전에는 우리나라에서 사용하는 열의 단위는 cal, 영국의 열량 단위는 Btu/lb(British Thermal Unit/Pound)를 사용했습니다. 이러한 열 단위 간의 관계는 다음과 같습니다.

1cal≌1.8Btu≌4.1868J, 1J=0.239cal, 1000kcal=41868MJ

(2) 발열량을 측정하는 원리는 다음과 같습니다. 그림 6-19에 표시된 것처럼 입자 크기가 0.2mm 공기 건조 석탄 샘플 1g보다 작으면 산소 폭탄에서 연소됩니다. 산소폭탄에는 2.5×106Pa의 압력으로 산소가 채워져 있으며, 전기를 가하면 산소폭탄의 금속선이 석탄 시료를 고압 산소 속에서 완전히 연소시킵니다. 연소는 내부 슬리브의 물에 의해 흡수됩니다. 물의 온도가 상승함에 따라 석탄 샘플에서 생성된 열을 계산합니다. 이를 카트리지 발열량이라고 하며 기호 Qb, ad로 표시됩니다. 시험 중 열손실 및 열교환을 방지하기 위해 외통의 수온을 자동으로 변경하여 시험 중 내통의 수온을 추적함으로써 내통과 외통 사이에 열교환이 ​​일어나지 않도록 합니다. 이 방법을 단열열량계 시험방법이라고 합니다.

그림 6-19 납 개스킷으로 밀봉된 구식 산소 폭탄(에너지 지질학, 2004에 따름)

(3) 석탄 카트리지 발열량, 고열량 및 저발열량 -레벨 발열량

1. 카트리지의 발열량

카트리지의 발열량은 과잉 산소가 채워진 산소 폭탄에서 단위 질량의 석탄이 연소되는 것을 의미합니다. 최종 제품은 25℃입니다. 이산화탄소, 과잉 산소, 질소, 질산, 황산, 액체 물 및 고체 재가 방출될 때 방출되는 열량 또한 산소 폭탄으로 직접 측정한 발열량입니다. 실험실의 열량계는 석탄의 단위 질량을 산소 폭탄에서 연소할 때 최종 생성물이 25°에서 이산화탄소, 과잉 산소, 질소, 이산화황, 액체 물 및 고체 재일 때 방출되는 열입니다. C를 정부피고발열량이라고 한다. 발열량은 질산의 생성열과 황산 및 황의 생성열의 차이를 뺀 값이다. 카트리지의 발열량에서 나오는 이산화물; 과잉 산소가 채워진 산소 폭탄에서 단위 질량당 석탄이 연소될 때 최종 생성물은 이산화탄소이며, 과잉 산소, 질소, 이산화황, 기체수 및 고체가 있을 때 방출되는 열입니다. 저준위 발열량은 고준위 발열량에서 물(석탄에 포함된 원래의 물과 석탄에서 수소가 생성한 물)을 뺀 값입니다. 증발잠열 이후.

석탄 시료는 고압 산소 조건에서 연소되기 때문에 공기 중에서 연소할 때 일어날 수 없는 화학 반응이 일어난다. 석탄 속의 질소와 산소폭탄의 공기중의 질소는 폭탄의 고온, 고압 하에서 NO2나 N2O5를 생성하고, 물과 반응하여 묽은 HNO3를 생성하는 반응이다. 석탄이 공기 중에서 연소될 때 석탄 중의 질소는 유리질소가 되어 빠져나가는데, 석탄 중의 황이 공기 중에서 연소될 때 이 반응은 일어나지 않고 SO2를 생성하여 빠져나갑니다. 카트리지의 산소, SO2 및 물 반응은 발열 반응이기도 한 묽은 H2SO4를 생성합니다. 묽은질산과 묽은황산을 물에 녹이는 것도 발열반응이다. 석탄이 공기 중에서 연소되면 석탄 속의 물(석탄이 연소될 때 석탄 속의 수소에 의해 생성된 물 포함)이 수증기로 변하여 빠져나가는 흡열 반응입니다. 그러나 카트리지의 높은 압력에서는 물이 수증기로 변할 수 없으므로 열을 흡수하지 않습니다. 카트리지에서 석탄을 태울 때 발생하는 열은 공기나 산업용 보일러에서 연소할 때 실제로 발생하는 열보다 더 크다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 실제 적용에서는 석탄 카트리지의 발열량을 환산해야 합니다.

2. 석탄의 고발열량(기호 Qgr, ad)

석탄 카트리지의 발열량에서 묽은질산과 묽은황산의 생성열을 뺀 후 , 석탄의 발열량입니다. 계산식:

Qgr, ad=Qb, ad-(95Sb, ad α·Qb, ad)

식에서: Sb, ad는 카트리지 세척액의 황입니다. 공기 고려 건조 석탄 샘플의 비율(석탄에서 Sb, ad ≤ 2인 경우 Sb 대신 St, ad를 사용하여 계산할 수 있음) α는 Qb인 경우 질산 생성열의 보정 계수입니다. , ad ≤ 16.7kJ/g, α =0.0010; 16.7kJ/g25.1kJ/g, α=0.0016.

3. 석탄의 저발열량(기호 Qnet, ad)

석탄의 저발열량은 의 고발열량에서 물의 기화열을 뺀 값이다. 석탄. 계산 공식:

Qnet, ad=(Qgr, ad-206Had)-23Mad

공식에서 Had는 공기 건조 석탄 샘플의 수소 함량이고 Mad는 수분입니다. 공기 건조 석탄 샘플의 함량.

일반적으로 석탄의 기본 저발열량(Qnet, ar)은 실제로 석탄이 연소될 때 발생하는 발열량에 가장 가깝습니다. 계산 공식:

석탄 지질학

여기서: Mt는 석탄 샘플의 총 수분입니다.

4. 석탄의 발열량 계산

석탄의 발열량에는 카트리지 발열량, 고열량, 저열량 등 세 가지가 있으며, 베이스, 공기 건조 베이스, 건조 베이스, 무회 건조 베이스 등 4가지 표준이 있으므로 테스트 결과를 보고하는 방법은 12가지입니다. 그러나 일반적으로 사용되는 발열량 표시기는 5가지가 있습니다.

1) 공기 건조 카트리지 Qb, ad의 발열량은 테스트의 직접적인 결과이며 변환이 필요합니다.

2) 공기 건조 베이스의 고열량 Qgr, ad는 테스트 결과를 보고하는 데 사용됩니다.

3) 건염기 고발열량 Qgr, d는 석탄의 품질을 평가하고 석탄의 품질을 연구하는 데 사용됩니다.

4) 건회분 없는 고열량 Qgr, daf는 석탄 내 유기물의 특성을 평가하는 데 사용되며 석탄 등급을 반영할 수 있습니다.

5) 석탄의 실제 품질을 반영하는 기본 저발열량 Qnet, ar이 수신됩니다. 이는 석탄 가격 책정의 기초가 되며 석탄 화력 산업용 보일러 설계에도 사용됩니다.

석탄 가격을 책정할 때 사용된 발열량 지수의 벤치마크에 주의해야 합니다. 그렇지 않으면 경제적 손실이 발생합니다.

직접 측정하는 것 외에도 원소분석이나 산업분석 등의 데이터를 바탕으로 석탄의 발열량을 계산할 수도 있어 실제 발열량을 측정하지 않고도 석탄 사용 단위의 참고 자료로 활용할 수 있다. 석탄과학연구소 석탄화학연구소에서는 우리나라의 석탄 품질 데이터에 대한 연구 결과를 바탕으로 일련의 발열량 계산 공식을 도출해냈습니다.

(1) 원소 분석 데이터를 사용하여 발열량이 높은 공식 계산

석탄화도가 낮은 석탄:

Qgr, daf=80Cdaf 305(310 ) Hdaf 22Sdaf-26Odaf-4 (Adaf-10)

공식에서 Hdaf 앞의 계수는 갈탄의 경우 305이고 장염 석탄 및 비점착 석탄의 경우 310입니다. Ad가 10 이하인 석탄의 경우 마지막 항목의 회분 보정 값이 계산되지 않습니다.

점결탄:

Qgr, daf=80Cdaf 310Hdaf 22Sdaf-25Odaf-7 (Adaf-10)

(2) 산업 분석 데이터를 사용하여 낮은 값을 계산합니다. 열 석탄의 높은 발열량을 평가하는 공식

고회분 함량(Aad=45~90) 역청탄:

석탄 지질학

(4) 요인 석탄의 발열량에 영향을 미치는 요인

석탄의 발열량은 석탄 형성 유형, 석탄 암석 구성, 석탄화 정도(석탄 등급), 석탄 내 광물 불순물 함량 및 석탄의 석탄 함량과 관련이 있습니다. 석탄의 바람 산화. 잔류 식생 석탄과 부생 이탄의 발열량은 부식탄보다 높습니다. 예를 들어 장시성 러핑 Mingshan의 수피 잔류 식생 석탄 Qb의 daf는 9060cal/g입니다.

석탄암 조성: 동일한 석탄 등급의 휴믹탄 중 키틴 성분의 발열량이 가장 높아 가스탄 단계에서 8680cal/g에 이르고, 비트리나이트 그룹이 7925cal/g으로 그 뒤를 잇습니다. , 그리고 불활성 그룹은 7841cal/g입니다. 낮은 석탄 등급에서는 불활성 발열량이 비트리나이트보다 높을 수 있습니다. 왜냐하면 비트리나이트는 탄소 함량이 낮고 산소 함량이 높기 때문에 총 발열량이 낮기 때문입니다. 불활성기의 산소 함량은 그리 높지 않고 탄소 함량이 높아 낮은 수소 함량을 보완해줍니다. 중등급 역청탄에 도달하면 비트리나이트계의 산소함량이 감소하는 반면, 탄소함량은 급격하게 증가하며, 수소의 변화도 거의 없어 발열량이 불활성계의 발열량을 초과하게 된다.

석탄화도: 석탄이 비트리나이트가 지배적인 경우, 석탄의 발열량은 석탄 등급이 높아짐에 따라 점차 증가하여 중등급 원료탄과 희박탄에서 정점에 도달한 후 약간 낮아집니다. 거부합니다(그림 6-20). 이는 석탄의 원소 조성 변화와 관련이 있습니다. 석탄 등급이 낮으면 산소가 높고 탄소가 낮으므로 Q가 낮습니다. 석탄 등급이 중간이면 산소가 낮고 탄소가 높습니다. 예를 들어 원료탄의 Cdaf는 87~90입니다. 무연탄만큼 높지는 않지만 Hdaf가 4.8~5.5로 높기 때문에 Q가 가장 높습니다. 탄소보다 3.5배 높으므로 Q는 다시 감소합니다. 석탄 등급에 따른 석탄 발열량의 변화는 Table 6-10과 같다.

그림 6-20 석탄의 휘발성 성분 수율과 발열량 사이의 관계(Energy Geology, 2004에 따름)

표 6-10 석탄 등급 변화에 따른 석탄 발열량 증가

p>

(Li Zengxue et al., 2005에 따르면)

석탄의 발열량은 석탄 중 광물 불순물 함량이 증가할수록 감소합니다. 미네랄 불순물은 열을 발생시키지 않습니다. 함량이 높을수록 석탄의 발열량이 낮아집니다. 석탄 종류가 거의 변하지 않는 동일한 광산 지역의 경우, 광물 불순물에 의해 형성된 회분 함량과 발열량은 매우 규칙적인 역관계를 유지하는 경우가 많습니다(그림 6-21). 석탄이 바람에 의해 산화되면 석탄 중의 C와 H는 CO2와 H2O가 되어 빠져나갑니다. 따라서 석탄의 C와 H 함량은 감소하고 산소 함량은 증가하며 석탄의 발열량은 감소합니다. 바람의 산화가 심하면 석탄은 불연성이 됩니다.

그림 6-21 회림허 석탄전 노천광산 석탄의 회분 함량과 발열량의 관계(Yang Qi et al., 1979에 따름)

3. 석탄의 가스화 지표

석탄은 연료용 전력가스 및 화학합성가스를 생산하기 위해 가스화될 수 있습니다. 석탄의 반응성, 기계적 강도, 열 안정성, 회분 융점, 회분 점도 및 슬래깅 특성은 일반적으로 가스화용 석탄의 품질 지표로 사용됩니다.

(1) 석탄의 반응성

활성도라고도 알려진 석탄의 반응성은 석탄과 이산화탄소, 산소, 물과 같은 다양한 가스화 매체 사이의 반응을 의미합니다. , 특정 온도 조건에서 증기 상호 작용의 반응성. 반응성이 강한 석탄은 가스화 및 연소 과정에서 반응 속도가 빠르고 효율이 높습니다. 특히 일부 고효율 신규 가스화 공정(예: 부유층 및 부유층 가스화)의 경우 반응성은 용광로 내 석탄 반응, 석탄 소비, 산소 소비 및 가스 내 유효 성분에 직접적인 영향을 미칩니다. 새로운 유동 연소 기술에서 석탄의 반응성은 반응 속도와도 밀접한 관련이 있습니다. 따라서 반응성은 중요한 가스화 및 연소 특성입니다.

석탄의 반응성을 측정하는 방법은 여러 가지가 있습니다. 현재 우리나라에서 사용하고 있는 방법은 석탄 숯의 고온 CO2 저감 성능을 측정하고, CO2 저감율을 이용하여 석탄의 반응성을 표현하는 방식이다.

CO2 감소율(α,)과 해당 측정 온도를 곡선으로 표시합니다(그림 6-22). 온도가 증가함에 따라 석탄의 반사율이 증가하는 것을 볼 수 있습니다. 다양한 석탄의 반응성은 석탄화 정도가 깊어짐에 따라 약화됩니다. 이는 탄소와 CO2의 반응이 연료의 외부 표면뿐만 아니라 연료의 미세한 모세관 벽에서도 일어나기 때문입니다. 기공이 많을수록 반응 표면적이 넓어집니다. 석탄화 정도가 다른 석탄의 다공성과 생성되는 숯은 다릅니다. 갈탄은 가장 강한 반응성을 가지지만 더 높은 온도(900°C 이상)에서는 반응성이 천천히 증가합니다. 무연탄은 반응성이 가장 낮지만 온도가 높을수록 온도가 증가함에 따라 크게 증가합니다. 석탄의 회분 함량과 같은 요소도 반응성에 상당한 영향을 미칩니다.

(2) 석탄의 기계적 강도

석탄의 기계적 강도에는 내파쇄성, 내마모성, 내압축성 등 석탄의 물리적, 기계적 특성뿐만 아니라 석탄의 종합적인 특성도 포함됩니다. 속성. 대부분의 경우 가스화 및 연소용 석탄은 입자 크기가 균일한 괴탄을 사용해야 합니다.

기계적 강도가 낮은 석탄을 가스화기에 투입하면 쉽게 작은 조각이나 분말로 부서져 덩어리탄의 입자크기의 균일성을 파괴하고 가스화기의 정상적인 작동에 영향을 미치는 석탄이 필요하다. 특정 기계적 강도. 또한, 설계부서는 석탄의 기계적 강도를 토대로 괴탄의 양을 정확하게 추정하고, 사용 전 스크리닝이 필요한지 여부를 판단할 수 있습니다. 따라서 탄전 탐사 시 가스화 또는 연소용 석탄의 기계적 강도 데이터를 제공해야 한다.

석탄의 기계적 강도를 시험하는 방법에는 여러 가지가 있는데, 가장 일반적으로 사용되는 낙하 시험법은 석탄이 운반 중, 상하역 중 낙하, 충돌, 파손되는 특성을 바탕으로 개발된 것입니다. 로에 들어가는 것은 압축 저항, 내마모성 등 석탄의 기계적 강도 시험 방법이 다르다는 것을 의미합니다. 측정 방법은 다음과 같습니다. 60~100mm의 석탄 덩어리 10개를 선택하여 무게를 측정합니다. 그런 다음 2m 높이에서 두께가 15mm보다 큰 금속판 위에 하나씩 떨어뜨립니다. 3회 자유롭게 떨어뜨린 후 25mm 사각구멍 체로 체질한다. 석탄의 기계적 강도는 시료 전체 질량에 대한 덩어리 석탄 질량의 백분율로 표시한다. 등급 기준은 표 6과 같다. -11.

우리나라의 무연탄은 대부분 기계적 강도가 좋으며 일반적으로 60~92입니다. 일부 석탄은 구조적으로 조각상과 과립으로 손상되어 석탄 품질이 연하고 기계적 강도가 일반적으로 40 정도로 좋지 않거나 매우 나쁩니다. 92. 20, 또는 심지어 20 미만.

그림 6-22 갈탄, 역청탄, 무연탄의 활성곡선 모식도(Yang Qi et al., 1979에 따름)

표 6-11 기계적 강도 분류 석탄

(Yang Qi et al., 1979에 따르면)

(3) 석탄의 열안정성

석탄의 열안정성은 석탄이 고온 연소 또는 가스화 성능 중 원래 입자 크기. 열 안정성이 좋은 석탄은 연소 또는 가스화 과정에서 작은 조각으로 부서지지 않고 원래의 입자 크기로 연소되거나 가스화될 수 있으며, 열 안정성이 낮은 석탄은 연소 또는 가스화 과정에서 빠르게 연소되거나 가스화될 수 있습니다. 작은 조각이나 분쇄된 석탄으로 분해되면 용광로의 저항이 증가하고 물질이 운반될 수 있으며, 가스화 및 연소 효율이 감소하거나 전체 가스화 과정이 파괴되고 심지어 용광로 정지 사고가 발생할 수 있습니다. 따라서 석탄은 충분한 열적 안정성을 갖추어야 합니다.

다양한 산업용 보일러와 가스화기는 석탄 입자 크기에 대한 요구 사항이 다르므로 석탄의 열 안정성을 측정하는 방법도 다릅니다. 일반적으로 사용되는 것은 13~25mm 등급 괴탄의 측정 방법과 소립 6~13mm 등급 괴탄의 측정 방법입니다.

13~25mm급 괴탄의 정량방법은 석탄 시료를 850℃로 예열된 머플로에서 15분간 열처리한 후, 각 선별단계별 잔류 코크스 비율을 계산하는 것이다. 총 잔류 코크스 각 수준의 누적 백분율과 13mm보다 큰 잔류 코크스 백분율 S13을 열 안정성 지수로 사용하고, 13mm보다 작은 잔류 코크스 백분율 S-1 사이에 곡선을 그립니다. 1mm 및 열 안정성 곡선이 보조 지표로 사용됩니다(그림 6-23).

6~13mm의 작은 입자 크기의 석탄 덩어리를 측정하는 방법은 석탄 시료를 850°C로 예열된 머플로에서 90분간 가열한 후 무게를 측정하고 체에 거르는 것이다. 전체 잔류 스코치량에 대한 잔류 스코치 6~3mm, 3~1mm, 1mm 미만의 비율을 열안정성 지수로 사용하며 각각 KPG, KPJ, KP1로 표시한다. 지수 값이 클수록 열 안정성이 악화됩니다. 따라서 보다 정확하게는 이러한 지표가 불안정성을 나타냅니다. KPG에 따른 등급기준은 <표 6-12>와 같다.

그림 6-23 열안정성 곡선(Yang Qi et al., 1979에 따름)

표 6-12 석탄의 열안정성 분류

(에 따름) to Yang Qi et al., 1979)

우리나라의 대부분의 무연탄은 열 안정성이 좋습니다. KPG는 모두 35 미만이지만 변성성이 높은 무연탄 중에는 열 안정성이 열악하거나 매우 열악한 석탄도 몇 개 있습니다(예: 베이징 서부의 Da'anshan 석탄, Fujian Tianhushan의 Dazhuegou 석탄 등). 추가 확인이 필요합니다. 열 안정성이 좋지 않은 이러한 종류의 무연탄은 예열 처리 후 열 안정성이 크게 향상되었습니다.

(4) 석탄의 슬래깅 특성

가스화 과정에서 석탄재 슬래깅은 정상 운영에 부정적인 영향을 미치며 심각한 슬래깅은 생산 중단으로 이어질 수 있습니다. 석탄재의 융점(T2)은 가스화기 내 석탄의 슬래깅 상황을 완전히 반영할 수 없기 때문에 석탄의 슬래깅 특성을 이용하여 가스화 과정에서 석탄 슬래깅의 용이성을 판단해야 합니다.

석탄의 슬래깅 특성을 측정하는 핵심은 가스화 과정의 후반 단계에서 800~850℃로 예열된 적열탄 샘플을 가스화할 때 공기를 가스화 매체로 사용하는 것입니다. 온도가 100℃까지 떨어진다. 즉, 가스화가 중단된다. 총 재 중량에서 6mm를 초과하는 재의 비율과 해당 최대 온도가 석탄 샘플의 슬래깅 지수로 사용됩니다.

IV. 석탄의 저온 탄화 타르 수율

다양한 석탄 및 오일 셰일의 정제 적응성을 평가하고 저온 탄화 산업 생산에서 원탄 또는 오일 셰일을 식별합니다. 다양한 제품의 특성과 수율을 예측하려면 저온 탄화 테스트가 필요합니다. "알루미늄 레토르트 방법"은 일반적으로 실험실에서 석탄의 저온 탄화 타르 수율을 결정하는 데 사용됩니다. 탄화된 타르를 모아서 코드명 T라는 타르 생산량을 계산합니다. 분석지수 Tad는 석탄의 저온 탄화 타르 수율을 평가할 때 사용됩니다. 저온 탄화에 사용되는 석탄의 Tad는 일반적으로 7 이상이어야 합니다. 일반적으로 Tad가 12보다 큰 석탄은 석유가 풍부한 석탄, Tad가 7~12인 석탄은 석유가 풍부한 석탄, Tad가 7 이하인 석탄은 석유가 풍부한 석탄이라고 합니다.

석탄의 저온 탄화 타르 생산량은 석탄 형성 유형과 관련이 있습니다. 사프롤라이트 석탄과 잔류 식물 석탄의 저온 탄화 타르 생산량은 상당히 높습니다. 예를 들어, 산동성 염주 탄전의 사프롤라이트 석탄의 Tad는 13.50~45.53이고, 창광 탄전의 수피 잔류 석탄의 Tad는 매우 높습니다. , 절강은 10.70-21.00이 대부분입니다. 부식탄의 타르 생산량은 석탄화 정도 및 석탄 암석 구성과 관련이 있습니다. 예를 들어, 산동성 황현 탄전의 갈탄의 Tad는 약 14입니다. 안정 성분 함량이 높으면 타르 생산량도 상대적으로 높습니다. 예를 들어 화이난 탄전 가스 석탄의 경우 안정 성분이 15~26이면 Tad는 12~15이고 안정 성분이 <10이면 Tad입니다. 대부분 10 미만입니다.

5. 키틴 그룹의 형광

저 석탄화 단계에서는 키틴 그룹의 형광이 석탄화 정도를 더 잘 나타내는 지표입니다. 석탄의 형광과 반사율 사이에는 상호 성장 및 감소 관계가 있습니다. 즉, 반사율이 낮을수록 둘 사이의 관계는 선형이 아닙니다.

Oteniann(1975)은 포자체 형광 스펙트럼과 석탄화 단계 사이의 관계를 자세히 연구했습니다(그림 6-24). 석탄화 정도가 증가함에 따라 스펙트럼 피크는 정기적으로 더 긴 파장 대역으로 이동합니다. 이탄 단계에서 λmax는 넓은 이동 범위를 갖는 500nm 미만이고, 갈탄 단계에서 λmax는 대략 560~580nm 사이이며, 석탄화 정도가 더욱 증가함에 따라 스펙트럼 곡선이 점차적으로 작아집니다. 아역청탄에서 발생하는 630nm의 피크는 매우 오래된 갈탄 단계에서 급격히 증가하며, 640nm 피크가 580nm 피크를 대체할 때까지 매우 긴 화염 단계에서 640nm 파장 범위에 두 번째 피크가 나타납니다. 가스 석탄 단계에서는 석탄화 정도가 계속 증가하고 640nm 피크는 계속해서 적색 스펙트럼 섹션으로 이동하며 지방 석탄 단계에서는 λmax가 670nm 이상으로 이동합니다.

그림 6-24 석탄화 정도에 따른 포자체 형광 스펙트럼의 변화(Shao Zhenjie et al., 1993에 따름)