15.2. Влияние серы на технологические показатели ТГИ

Выбор путей использования ТГИ часто зависит от содержания в них общей серы. Именно поэтому общая сера – важнейший показатель качества топлива. Формы серы определяют, как правило, только при необходимости полной характеристики высокосернистых и высокозольных топлив.

В распределении серы по ТГИ различной природы и степени химической зрелости нет определённой закономерности. В торфах содержание общей серы колеблется от 0,5 до 2,5%. Сер­нистость украинских бурых углей составляет в среднем 2,9-4,5%; подмосковные бурые гумусовые угли содержат серы от 1,52 до 7,88% (чаще всего от 3,1 до 7%).

В каменных углях различных бассейнов содержание общей серы неодинаково. В Донбассе преобладают угли сернистые и высоко­сернистые. Диапазон коле­баний содержания общей серы в донецких углях исключительно велик – от 0,46 до 9,28%. Сернистость донецких антрацитов ко­леблется от 0,59 до 6,33%, но чаще всего составляет 1-3%.

Нижнекарбоновые угли Западного Донбасса можно отнести к ма­ло- и среднесернистым углям, поскольку количество общей серы в них равно 1,3-2,5% (редко более 3%). Угли Кузнецкого бассейна отно­сятся к углям малосернистым; содержание общей серы в них колеблет­ся в пределах 0,5-1%, редко достигая 2 %. В углях Карагандинского бассейна сернистость составляет от 0,44 до 1,7% (иногда до 3%). Угли Воркуты (Печорский бассейн) принадлежат к малосернистым углям (0,5-0,8%); угли Кизеловского бассейна являются высокосернисты­ми (среднее содержание серы 5-6%).

Данные о содержании общей серы в петрографических микрокомпонентах каменных углей показывают, что наименьшее её количество определяется в витринитах (от 0,33 до 1,97%), а наибольшее – в инертините (от 0,95 до 11,09%), хотя встречаются и малосернистые фюзиниты, например, в углях Кузбасса. Липтинит обладает более высокой общей сернистостью (от 0,82 до 1,4%), чем витринит, но весьма близ­кой к последнему.

Отдельные виды серы в составе общей серы, принимаемой за 100%, часто распределяются в углях почти поровну между пиритной и орга­нической серой (по 40-45%), поскольку количество сульфатной серы (в сумме с серой элементарной) не превышает 10-15% всей серы.

Сера – нежелательная и даже вредная часть топлива.

Сжигание ТГИ сопровождается окислением всей органической, свободной и пиритной серы с образованием SО₂ и частично SО₃, улетучивающихся с дымовыми газами. Лишь небольшая часть этих видов серы, а также вся содержащаяся в угле сульфатная сера, переходят в шлаки в виде сульфатов. Увеличение содержания серы в углях на 1% снижает теплоту их сгорания примерно на 250 КДж на 1 кг. Превращение сернистых соединений в SО₂ и SО₃ и выбрасывание их с дымовыми газами в атмосферу вызывает коррозию металлов, загрязняет воздушный бассейн.

Значительно сложнее протекают процессы превращений разных видов сернистых соединений в углях при нагреве их без доступа воз­духа, т. е. при полукоксовании и коксовании. Сульфаты в углях вос­станавливаются до сульфидов вследствие взаимодействия с углеро­дом или водородом. В результате термических превращений пирита в углях образуется сульфид железа (накапливается в коксе), сероводород (удаляется с летучими продуктами полукоксования и коксования углей), а также осуществляется переход части пиритной серы углей в серу органиче­скую полукокса и кокса.

Органические сернистые соединения при полукоксовании и коксо­вании углей разлагаются около 300°С с образованием сероводорода и летучих органических сернистых соединений (COS, CS₂ и др.). Эти процессы протекают относительно равномерно во всем диапазоне тем­пературы коксования углей от 300 до 900-1000°С и выше.

Образующиеся из углей летучие сернистые соединения частично удаляются из коксовых печей, частично взаимодействуют с твёрдыми нелетучими продуктами (полукоксом и коксом), фиксируясь в послед­них в виде органической серы.

Если содержание общей серы в углях (S_t) принять за 100%, то при коксовании в кокс переходит её от 60 до 86%; в коксовый газ (в виде H₂S) – от 10 до 29% и в виде других органических сернистых соеди­нений (COS, CS₂) – от 0,2 до 6,9%; в каменноугольную смолу – от 0,63 до 1,65% и в надсмольную воду – от 0,4 до 1,5%.

Сера кокса ухудшает его качество как металлургического топлива, поскольку при выплавке чугуна в доменной печи она переходит в чу­гун, придаёт ему хрупкость и понижает качество получаемой из него стали, т. е. сообщает ей красноломкость. Красноломкость – это свой­ство стали давать трещины при горячей (850-1050°С) обработке дав­лением (ковка, штамповка, прокатка). Поэтому в доменной печи серу кокса стремятся перевести в шлак с помощью флюсов, что уве­личивает удельный расход кокса на 1 т чугуна и уменьшает произво­дительность доменных печей. Каждая 0,1% содержания общей серы в коксе (свыше 1,6%) увеличивает расход на выплавку 1 т чугуна: флюсов – на 3,7%; кокса – на 1,7-2%; руды – на 0,3% и снижает производительность доменной печи на 1,5-2%. На 1 т выплавляемого чу­гуна в домну не должно вноситься более 6 кг серы. Особенно вредно содержание серы в коксе, применяемом для литейных целей.

Для снижения сернистости кокса используются следующие методы:

- обогащение углей перед коксованием (при этом удаляется 35-40% пиритной серы углей, что снижает их общую сернистость на 20%);

- глубокое обогащение углей по сере обработкой их химическими реактивами (например, азотной кислотой) для удаления органической серы;

- десульфурация готового кокса обработкой перегретым водяным паром и прокаливанием его до 1300-1800°С.