Отражательная способность витринита
Рассчитываются показатели отражательной способности витринита как на воздухе Rа, так и в масляной иммерсии Ro.r. По значению Ro.r оценивается класс каменного угля в промышленно – генетической классификации (ГОСТ 25543-88).
На рис. 2.1 приведена связь между расчётным значением параметра 
и показателем отражения витринита на воздухе Rа.
Между 
и Rа имеется тесная корреляционная связь: коэффициент парной корреляции r = 0,996, детерминации – 0,992.
Рис.2.1. Взаимосвязь между параметром каменного угля и показателем
отражения витринита на воздухе Rа (светлые и тёмные точки –
различные источники)
Представленная зависимость описывается уравнением:
Rа = 1,17 - 2,01. (2.6)
Между расчётным значением и показателем отражения витринита в масляной иммерсии Rо.r связь нелинейная. Результаты исследований показали, что имеется прямолинейная связь структурного параметра витринита ( Vt) с показателями липтинита ( L) и инертинита ( I).
Для углей Кузбасса взаимосвязь между показателями Rо.r и следующая :
Rо.r = 5,493 - 1,3797 + 0,09689 2 . (2.7)
На рис.2.2 приведена взаимосвязь между показателями отражения витринита в масляной иммерсии Rо.r(оп) и вычисленном по уравнению (2.7) Ro.r (выч).
Рис.2.2. Корреляция между опытными Rо.r(оп) и вычисленными Ro.r (выч)
значениями показателя отражения витринита углей Кузбасса
Представленная на рис. 2.2 графическая зависимость характеризуется следующими статистическими показателями : r = 0,990; R2 = 0,9801.
Таким образом, параметр однозначно характеризует степень метаморфизма каменных углей.
2.3.Действительная плотность угля dr
Является важнейшей физической характеристикой ТГИ. Используется
при расчёте пористости топлив, процессов и аппаратов их переработки и др.
Действительная плотность угляdr рассчитывается по аддитивности с учётом содержания в нём количества молей углерода, водорода, азота, кислорода и серы, а также минеральных компонентов по уравнению:
d 
= Vod 
+ ΣVMidMi + 0,021, (2.8)
где Vо и V 
– объёмное содержание в угле органической массы и отдельных минеральных примесей в долях единицы, %;
d и dMi – значения действительных плотностей органической массы угля и минеральных примесей;
0,021- поправочный коэффициент.
Плотность органической массы угля рассчитывается на 100г её массы d100;
d100 = 100/V100 , (2.9)
где величина V100 – объёмное содержание в угле органической массы, доли единицы. Определяется по уравнению:
V100 = 
nC+ 
HnH + NnN + OnO+ SnS, (2.10)
где nCo, nHo, nNo, nOo и nSo – число молей углерода, водорода, азота и серы в 100г ОМУ;
, H, N, O и S – эмпирические коэффициенты, определённые экспериментально для различных углей .
Уравнение для расчета V100 витринита углей в интервале содержания в ОМУ углерода от 70,5% до 95,0% имеет вид
V100 = 5,35 Co + 5,32 Ho + 81,61 No + 4,06 Oo + 119,20 So (2.11)
На рис.2.3 приведена графическая зависимость между расчётными и действительными значениями плотности витринита углей, т.е. d 
= 
(d 
)
Между значениями истинной плотности витринита расчетной и экспериментальной имеется тесная корреляционная связь. При этом коэффициент множественной корреляции составляет 0,998, детерминации – 0,9960.
Рис.2.3. Сопоставление расчётных и экспериментальных
значений истинной плотности витринита
Выход летучих веществ
Рассчитывается по уравнению:
Vdaf = V 
xVt + V 
xL + V 
xI (2.12 )
где xVt ,xL и xI– доля витринита, липтинита и инертинита в составе угля (xVt + xL + xI = 1);
V 
, V 
и V 
– зависимость выхода летучих веществ из витринита, липтинита и инертинита от параметра :
V = 63,608 + (2,389 – 0,6527 Vt) Vt, (2.7)
V = 109,344 – 8,439 L, (2.8)
V = 20,23 exp [ (0,4478 – 0,1218 L ) ( L – 10,26 )], (2.9)
где Vt, L и I – значения параметров , рассчитанные для витринита, липтинита и инертинита по их элементному составу.
На рис.2.4 представлена связь расчётного выхода летучих веществ на сухое беззольное состояние с определённым по ГОСТ. Коэффициент парной корреляции r = 0,986 и детерминации R2 = 0,972.
Рис.2.4. Сопоставление опытных Vdaf (оп) и расчётных Vdaf (расч) значе
ний выхода летучих веществ из петрографически неоднородных углей
Кузнецкого бассейна
Взаимосвязь параметра с выходом летучих веществ из углей месторождений ЮАР,США и Австралии представлена на рис. 2.5.
Рис.2.5.Зависимость выхода летучих веществ Vdaf от структурно - химического
параметра витринитовых углей:
1 – Кузнецкого угольного бассейна;
2 – месторождений угля ЮАР, США и Австралии.
Как следует из данных рисунка связь с выходом летучих веществ указанных стран очень тесная. Коэффициент парной корреляции составляет 0,969, детерминации - 0,939. Таким образом параметр с высокой достоверностью позволяет прогнозировать выход летучих веществ из каменных углей мировых месторождений.
Теплота сгорания Q
Важнейшая характеристика ТГИ как энергетического топлива показывает возможное количество тепла, которое выделяется при сжигании 1кг твёрдого или жидкого или 1м3 газообразного топлив.
Различают высшую (QS) и низшую (Qi) теплоты сгорания топлив.
Высшая теплота сгорания определяется в колориметре с учётом теплоты конденсации водяных паров, образовавшихся при сгорании топлива.
Расчёт теплоты сгорания твёрдого топлива производится по формуле Д.И.Менделеева на основании данных элементного состава:
Q 
= 4,184 [ 81Cdaf+300Hdaf+26 (S 
- Odaf)], (2.16)
где Q - низшая теплота сгорания, кДж/кг;
4,184 –коэффициент перевода ккал в мДж.
Данные результатов исследований ТГИ показали, что учитывая неидентичные условия углеобразования угольных бассейнов значение коэффициентов при Cdaf, Hdaf, S и Odaf будут отличными и формула для расчёта теплоты сгорания имеет вид:
Q = 4,184[qCCdaf + qH Hdaf + qSO (S - Odaf) ], (2.17)
где qC, qH, qSO – коэффициенты, определяемые экспериментально для различных угольных месторождений.
В табл. 2.1 приведены уравнения регрессии для расчёта низшей теплоты сгорания углей различных месторождений ТГИ Российской Федерации.
Таблица 2.1 - Уравнения для расчёта низшей теплоты сгорания по бомбе углей
различных бассейнов Российской Федерации
| Бассейны, район | Уравнение | Коэффициент парной корреляции |
| Кузнецкий Канско-Ачинский Дальний Восток Северо- Восточные Восточная Сибирь | 0,3291Со + 1,194Ho – 0,0997Oo 0,3231Co + 1,0164Ho – 0,0571Oo 0,3254 Co +1,2496 Ho–0,1181 Oo 0,3374 Co –1,0571Ho –0,11190 Oo 0,3369 Co + 1,2738 Ho -0,1010 Oo | 0,990 0,980 0,994 0,994 0,989 |
Представленные в таблице значения коэффициента парной корреляции между теплотами сгорания расчётными по уравнениям и определёнными по бомбе показывают их тесную корреляционную связь. При этом коэффициент детерминации изменяется в пределах 0,9804 – 0,9880.
Содержание отощающих (фюзенизированных) компонентов
Количество фюзенизированных компонентов ∑ОК определяют категорию каменного угля и позволяют в комплексе с другими показателями дать оценку использования угля в технологии коксования.
Параметр ∑ОК представляет собой сумму содержания в угле инертинита I и части (2/3 ) семивитринита Sv:
∑ОК = I+ 2/3 Sv . (2.18)
Результатами исследований показано, что наиболее тесно содержание в углях отощающих компонентов коррелируется с совместным влиянием параметров и H/C. Уравнение для расчёта ∑ОК имеет вид:
∑ОК = b0+ b1 + b2(H/C) + b3 (H/C) + b4 (H/C)2 +b5 2. (2.19)
Коэффициент парной корреляции взаимосвязи ∑ОК различных марок углей и шихт Кузнецкого бассейна изменяется от 0,891 до 0,956.
Установлено, что более высокая взаимосвязь расчётных значений ∑ОК по уравнениям и определённых экспериментально у среднеметаморфизованных углей. Взаимосвязь ∑ОК с углями более высокой степени метаморфизма снижается.