<<
>>

23.3. Влияние различных факторов на теплофизические свойства ТГИ

На абсолютные значения термических коэффициентов существенное влияние оказывают температурные интервалы их определения, степень химической зрелости ТГИ, их зольность, влажность и другие факторы.

Стандартные методы определения теплофизических свойств исследуемых материалов, как было указано выше, проводятся в строго ограниченном интервале температур, в котором образцы ТГИ не претерпевают фазовых или химических превращений. Фазовые переходы и химические реакции сопровождаются поглощением или выделением теплоты, что существенно изменяет значения термических коэффициентов.

Так процессы, сопровождающиеся поглощением теплоты (эндотермическим эффектом), повышают эффективную теплоёмкость образца, а экзотермические процессы, протекающие с выделением теплоты, снижают её. Поэтому следует отличать истинную (равновесную) и эффективную (кажущуюся) теплоёмкости.

Установлено, что истинная удельная теплоёмкость углей при понижении температуры снижается и асимптотически стремится к нулю с приближением к абсолютному нулю температур (рис. 23.4).

Рисунок 23.4. Зависимость истинной удельной теплоёмкости газового угля от температуры

Характер изменения эффективной теплоёмкости ТГИ от темпера­туры значительно отличается от кривой, показанной на рис. 23.4, так как при нагревании торфов, бурых, каменных углей и других видов ТГИ наблюдаются значительные эндо- и экзоэффекты. На рис. 23.5 приведены кривые зависимости средней удельной теплоёмкости углей от температуры [23].

Рисунок 23.5. Зависимость средней удельной теплоёмкости углей от температуры

В температурном интервале 20-250°С наблюдаются практически линейный рост эффективной теплоёмкости от температуры. Поскольку испытывался абсолютно сухой уголь, то эндотермический максимум, обычно наблюдаемый при 100-120°С и обусловленный испарением вла­ги из влажного угля, отсутствует.

С повышением температуры до 300-350°С наблюдаются эндотермические максимумы, появление которых вызывается преимущественным протеканием реакций термической де­струкции органической массы углей, сопровождающейся поглощением теплоты. При дальнейшем нагревании эффективная теплоёмкость быст­ро уменьшается, в основном за счёт поликонденсационных процессов, протекающих с вы­делением теплоты, приближаясь при 1000°С к теплоёмкости графита.

При нагревании углей теплопроводность частиц собственно угольного вещества только в небольшой степени определяет величину эффективного коэффициента теплопроводности, который, в первую очередь, является функцией температуры и физической геометрии образца. Величина λэф возрастает с температурой пропорционально увеличению разности четвёртых степеней абсолютной температуры.

Кроме того, в процессе нагревания углей пористость их существенно возрастает. Начиная с 500-600°С размеры пор достигают значительной величины и ещё увеличиваются по мере дальнейшего повышения температуры. Это ещё больше увеличивает значения коэффициентов тепло- и температуропроводности.

На рис. 23.6 представлены зависимости теплофизических коэффициентов подмосковного угля от температуры [23]. Для получения сравнимых результатов, отнесённых к одному и тому же объёмному весу, значения а и λ при 105°С пересчитаны к объёмному весу 750 кг/м3.

Рисунок 23.6. Зависимость коэффициентов теплопроводности λ, Вт/м∙град (а) и температуропроводности а, м2/ч (б) углей от температуры

Суммарный тепловой эффект реакций, протекающих в органических и минеральных составляющих ТГИ при нагревании, зависит также от их природы, степени химической зрелости, состава, влажности.

Теплоёмкость ТГИ зависит в основном от значений теплоёмкости углеродной составляющей Сс, минеральных примесей Ci и их состава:

Ср = Сс ? (1 - ∑Хi) + ∑Ci ? Xi, (23.8)

где Xi – содержание минеральных примесей.

Чистое углеродное вещество имеет несколько более высокую теплоёмкость по сравнению с минеральными примесями.

Зольность ТГИ несколько снижает значение их удельной теплоёмкости.

Изменения состава ТГИ в процессе углефикации отражается на величине теплоёмкости. Исследования Портера и Тейлора показали, что удельная теплоёмкость углей увеличивается с ростом выхода летучих веществ согласно эмпирическому выражению:

Ср = 0,242 ? (1 + 0,008) ? Vd. (23.9)

Влажность также оказывает существенное влияние на теплофизические свойства ТГИ. Удельная теплоёмкость угля в сухом состоянии составляет около 0,3 теплоёмкости воды. Следовательно, чем выше влажность угля, тем больше его удельная теплоёмкость.

Второй эффект связан с относительной теплопроводностью воды и воздуха. Коэффициент теплопроводности воды приблизительно в 25 раз больше теплопроводности воздуха. Следовательно, прибавление воды к сухому топливу должно увеличивать теплопроводность последнего. Присутствие водяной плёнки в местах контакта угольных частиц значительно улучшает тепловой контакт. Вода не только связывает благодаря поверхностному натяжению отдельные частицы топлива друг с другом, но и облегчает переход тепла от одной частицы к другой через тонкую водную плёнку путём теплопроводности вместо передачи конвекционными потоками воздуха и лучеиспусканием.

Теплопроводность сухого торфа незначительно отклоняется от величины 0,113 Вт/(м ·К), однако по мере повышения его влажности она быстро возрастает до 0,3-0,4 Вт/(м·К), поскольку теплопровод­ность воды почти в 25 раз выше теплопроводности находящегося в по­рах торфа и вытесняемого водой воздуха. Коэффициент температуро­проводности сухого торфа колеблется в пределах (10-11)·10-8 м2/с и в меньшей степени зависит от его влажности.

Коэффициент теплопроводности измельченных образцов воздушно-сухого бурого угля изменяется в пределах 0,1-0,12 Вт/(м·К), а ко­эффициент температуропроводности – в пределах (10-14)·10-8 м2/с. С увеличением влажности образцов величина этих коэффициентов зна­чительно возрастает.

Тепло- и температуропроводность каменных углей и антрацитов, как правило, выше, чем торфа и бурых углей. Это объясняется возрастанием плотности, повышением степени структурной организованности органической массы углей с ростом их химической зрелости. Большинство исследователей указывает на тенденцию увеличения теплопроводности и температуропроводности с уменьшением выхода летучих веществ из ТГИ (от 0,11 до 0,25 Вт/(м?К) и от 10 до 17 м2/с, соответственно, для длиннопламенных углей и антрацитов).

Тепло- и температуропроводность микрокомпонентов каменных углей не оди­накова. Величина этих коэффициентов выше для витринита и инертинита и ниже для липтинита.

Увеличение зольности ТГИ приводит к возрастанию коэффициентов их тепло- и температуропроводности.

Гранулометрический состав ТГИ также оказывает влияние на их теплофизические свойства. Теплопроводность измельченного угля значительно ниже теплопроводности кусков угля, поскольку в местах контакта отдельных зёрен возникает допол­нительное тепловое сопротивление. При этом теплофизические свой­ства кусковых образцов отличаются в зависимости от направления теплового потока: тепло- и температуропроводность значительно вы­ше в направлении, совпадающем с плоскостями напластования, чем в направлении, перпендикулярном к ним.

<< | >>
Источник: Самойлик В.Г.. Классификация твёрдых горючих ископаемых и методы их исследований: [монография] / В.Г. Самойлик. – Харьков: Водный спектр Джи-Ем-Пи,2016. – 308 с.. 2016

Еще по теме 23.3. Влияние различных факторов на теплофизические свойства ТГИ:

  1. о влиянии РАЗЛИЧНОГО ХАРАКТЕРА ЯЗЫКОВ НА ЛИТЕРАТУРУ И ДУХОВНОЕ РАЗВИТИЕ[94]
  2. 3.3. Ограничения применения теории характерного исполнения,связанные с влиянием различных группнормообразующих факторов
  3. Содержание
  4. Как было показано в предыдущем разделе, физико-химические свойства ТГИ определяются...
  5. 20.4. Влияние различных факторов на плотность ТГИ
  6. Физико-механические свойства ТГИ определяют не только условия их добычи (сопротивление резанию, допустимые размеры оставляемых в шахтах угольных целиков, устойчивость бортов карьеров), но и условия их дальнейшей переработки и использования.
  7. 22.2.5. Влияние различных факторов на механическую прочность ТГИ
  8. Глава 23. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТГИ
  9. К теплофизическим свойствам твёрдых горючих ископаемых обычно относят удельную теплоёмкость, коэффициенты теплопроводности и температуропроводности, коэффициент теплового расширения, а также теплоту сгорания.
  10. 23.3. Влияние различных факторов на теплофизические свойства ТГИ
  11. 24.3. Влияние различных факторов на электрофизические свойства ТГИ
  12. Влияние различных факторов на чувствительность взрыва
  13. РОЛЬ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ В ФОРМИРОВАНИИ ЛИПИДНОГО СОСТАВА ЛИПОПРОТЕИДОВ РЫБ
  14. 6ЭКОЛОГО-ГИДРОЛОГИЧЕСКИИ РЕЖИМ СУГЛИНИСТЫХ и глинистых ПОДЗОЛИСТЫХ И БОЛОТНО­ПОДЗОЛИСТЫХ почв,ИХ ГЕНЕТИЧЕСКАЯ, МЕЛИОРАТИВНАЯ И АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА. ИЗМЕНЕНИЕ РЕЖИМА ПОД ВЛИЯНИЕМ . АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ
  15. ГЛАВА 4 ВАРИАНТНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ И СОБИРАТЕЛЬНЫХ ЧИСЛИТЕЛЬНЫХ: ВЛИЯНИЕ СЕМАНТИЧЕСКОГО ФАКТОРА
  16. 3.1. Оценка влияния человеческого фактора на эффективность деятельности предприятий сферы услуг
  17. Влияние основных факторов на показатели работы насоса
  18. 4.4. Определение рациональных режимов работы смесителя на основании анализа влияния основных факторов на функции отклика
  19. Влияние носителей заряда на сегнетоэлектрические свойства кристаллов (обзор экспериментальных работ)