Молодо-зелено. Иносказательное выражение не подходит бурому углю. Геологи причисляют его к молодым породам. Бурому углю на Земле примерно 50 000 000 лет. Соответственно, порода формировалась в Третичный период.
В него входят эры Палеогена и Неогена. Иначе говоря, бурый уголь формировался, когда по планете уже ходили первые люди. Однако, не смотря на свою молодость, порода вовсе не зелена. Ее цвет понятен из названия. Чем обусловлена бурая краска, разберемся ниже.
Свойства бурого угля
Цвет бурого угля обусловлен его основой. Это растительная масса, в основном, древесина. Она отчетливо видна в лингитах. Ряд геологов считают их отдельной породой, а прочие причисляют к разновидности бурого угля. В России придерживаются последней точки зрения.
Как бы ни было, – это разложившаяся растительность. В , когда она была буйной, а стволы гигантскими, она оседала на дне болот. Там, в условиях дефицита кислорода, органика начинала разлагаться. Так вот в лингитах процесс на начальной стадии, еще можно увидеть куски древесины. Она тленна, но структура волокон прослеживается.
Классический бурый уголь – однородная масса. В нем уже трудно различить древесные волокна. Однако, до состояния чистого органика еще не распалась. Поэтому, сохраняется коричневый цвет массы.
Присутствие в ней крупных частиц обуславливает рыхлость ископаемого. На кубический сантиметр породы приходится только 1 грамм массы. Углеводов в нем не более 60-ти процентов, а зачастую – всего половина.
И плотность, и насыщение породы углеводородами отвечают за энергоемкость. Бурый уголь – топливо низшей категории. Используют его, как правило, в подсобном хозяйстве. Промышленникам нужно энергоемкое топливо, сгорающее почти на 100%. После же сжигания героя статьи остается много золы.
Использование бурого угля – это оседание копоти на дымоходе, пламени, едкий дым. Розжиг облегчают летучие вещества, коих в буром угле около 10%. Еще 30% приходятся на воду, , кислород, . Для топлива все это лишнее.
Характеристика бурого угля на срезе – «подобие кому земли». Однако, такой породу делает присутствие воды. Стоит ей испариться, ископаемое рассыпается в пыль. Иначе говоря, не хватает вязких углеводородов, которые бы цементировали частицы породы.
Промышленники спрессовывают их. Без воды применение бурого угля немногим эффективнее. В обычном же виде сгорание 1-го килограмма породы дает не более 10 000 килокалорий. Средний показатель – 5 500 килокалорий.
Чем бурый уголь отличается от каменного?
Если максимальный возраст бурого угля 50 000 000, то каменного – 350 000 000 лет. Говоря иначе, самые древние образцы каменной породы образовались еще в Девонский период. Растительность тогда представляли, в основном, гигантские хвощи, а еще скрывались в морях.
До 21-го века оставалось 9 геологических эр. За них растительные остатки разложились и спрессовались так сильно, что превратились в реальный камень. Нет и следа от рассыпчатости бурого угля. Каменный вариант породы — реально .
На фото бурый уголь
Цвет древесины в каменном угле заменен на насыщенно-черный. Это краска углеводородов 1-го сорта. Их в породе чуть ли не 100%. Правда, это касается – последней стадии развития каменного угля. В обычном углеводородов от 72-ух до 90-та процентов.
Массу примесей можно определить на взгляд. Антрацит, к примеру, на разломе блестит. Это сияние так и именуют – угольный . Примеси матируют породу. Запасы бурого угля , соответственно, всегда матовые. В противовес их 10 000 килокалорий на килограмм сгоревшего топлива приходятся 61 000. Таков показатель каменного угля.
Добыча бурого угля ведется с глубин примерно до километра. Со времен Девона наслоилась большая масса земли. Соответственно, каменный вариант породы извлекают с глубин около 3-ех километров.
Благодаря малому количеству примесей, каменный уголь сгорает почти без остатка, дает минимум копоти, не горит в привычном смысле. Выраженных языков пламени нет. Однако, ресурсов на разогрев плотного камня уходит больше, чем на поджог рыхлой бурой массы.
Это еще одна причина использования породы лишь промышленниками. У них есть , способные держать нужную температуру. Сжигание же бурого угля напоминает работу с сырыми дровами.
Месторождения и добыча бурого угля
Месторождения бурого угля на километровой глубине относятся к самым старым в , тем самым, которым 50 000 000 лет. Основные залежи еще юнее, следовательно, располагаются выше.
В , к примеру, большинство пластов бурого угля находятся в 10-60-ти метрах от поверхности. Это располагает к открытой добыче ископаемого. Этим способом извлекают 2/3 отечественных запасов угля.
Они, кстати, распределены неравномерно. 60% приходятся на Сибирь. «Солтомское» месторождение, к примеру, разрабатывают на Алтае. Запасы породы составляют 250 000 000 тонн. Есть бурый уголь и в «Канско-Ачинском» бассейне.
Добыча бурого угля
Бассейнами залежи породы называют из-за ее «разлива» под землей. Уголь – это не жилы среди прочих пород и не компактные агрегаты, а обширные «блины». Они простираются на десятки и сотни километров. Так, в «Канско-Ачинском» бассейне только поверхностные запасы сосредоточены на площади в 45 000 квадратных километров.
В Сибири находится и бассейн бурого угля «Ленский» Его разрабатывают на территории Якутии. Затрагивает месторождение и Красноярский край. Общая площадь залежей – 750 000 квадратных километров. В них входит больше 2 000 000 000 000 тонн. Кто запутался в нолях, речь о триллионах.
Купить бурый уголь с «Ленского» месторождения, не смотря на его обширность, дороже, чем с «Канско-Ачинского» или «Солтомского». Причина – сложности залегания породы в Якутии.
«Блин» ископаемого местами разорван и смят, то опускается под землю, то поднимается к поверхности. Последние участки, в большинстве, уже разработаны. Добыча из глубин затратней, что влияет на конечную породы.
На западе страны бурый уголь добывают в «Подмосковном» бассейне. В нем есть и каменная разновидность породы. Собственно, месторождение начало образовываться в Каменноугольном периоде. Он относится к Палеозойской эре. Судя по ее древности, бурой породы в бассейне быть не должно. Однако, что-то затормозило разложение части пластов.
На западе России расположился и «Печерский» бассейн угля. Его северное расположение затрудняет добычу ископаемого. К тому же, оно располагается на глубине в сотни метров. Приходится рыть шахты. Поэтому, из недр извлекают энергетические виды угля. Залежи бурого обходят стороной.
К перспективным месторождениям угля на севере относят, так же, «Таймырское». Из названия понятно, что располагаются залижи на морской границе Красноярского края.
Месторождение бурого угля
Пока, в этом районе ведется геологоразведка. Добыча ископаемого откладывается. Придется вновь прибегать к шахтам. Пока, не истощились открытые запасы породы.
Из общего числа месторождений угля в мире активно разрабатывают около 50-ти. Многие залежи остаются про запас и в . Она, кстати, в лидерах добычи угля, но не на первом месте. Его заняли США. К угольнодобывающим там относятся штаты Техас, Пенсильвания, Алабама, Колорадо и Иллинойс.
У по добыче каменного угля, куда включают и бурую породу, 2-е место в мире. Обычно, приводят десятку лидеров, замыкает которую Монголия. Но, укажем и . Она досталась КНР. Там разрабатывают бассейн «Шаньсина». Он занимает почти всю Великую китайскую равнину, заходя в Янцзы и Датун.
Применение бурого угля
Применение бурого угля зависит от его вида. Геологи выделяют 5. Первый — «Плотны». Он наиболее ценен, граничит с каменным. Это темная, однородная, утрамбованная порода.
В ней максимальное для бурого угля количество углеводородов. Как и каменный вариант, «Плотное» ископаемое блестит, но не выражено. Такое топливо готовы использовать не только частники, но и мелкие котельные.
Второй вид бурого угля – «Землистый». Эта порода легко стирается в порошок. Сырье подходит для полукоксования. Так именуют переработку в вакууме при температуре около 500-от градусов Цельсия. Получается полукокс. Он хорошо горит, не дает дыма, а посему, используется и в быту, и в промышленности.
Третий вид бурого угля – «Смолистый». Он плотный и темный. Вместо антрацитового блеска присутствует смолистый. Такую породу перегоняют до жидкого углеводородного топлива и , как и торфяной уголь.
Последний немногим отличается от обычного . С ним уголь, собственно, родственник. Обе субстанции являются продуктами разложения растительной органики. Считается, что торф – первая стадия, а угли, начиная с бурого, — последующие.
Остается упомянуть 5-ый вид бурого угля – «Бумажный». Его еще именуют «Дизодилом». Порода является истлевшей растительной массой. В ней еще четко просматриваются слои.
На фото горение бурого угля
«Дизодил» можно разобрать по ним, словно . Такой уголь, как правило, не находит применения. Остальные же виды – топливо в том или ином виде. Качественный бензин, к примеру, из героя статьи получают путем гидрогенизации.
Начинается переработка бурого угля со смешения породы с тяжелыми маслами. В присутствии катализатора смесь соединяют с . Для этого нужен нагрев до 450-ти градусов Цельсия. На выходе получают не только жидкое топливо, но и . Он является синтетическим аналогом природного.
Напоследок заметим родство угля с перегноем. Кто знаем, что будет с компостной кучей, оставь ее закрытой на миллионы лет … В общем, в буром угле, как и в прочей перегнившей растительности, много .
Они полезны растениям, вызывают бурный рост и плодоношение. Поэтому, некоторые виды героя статьи используют в удобрениях. Как правило, в них уголь смешивают с биогумусом.
Пропорции одинаковы. Обязательное условие – измельчение бурой породы. Фракция угля не должна превышать 5 миллиметров. Предпочтительны частицы в 0,001 миллиметр.
Цена бурого угля
В промышленных масштабах на бурый уголь цена держится в пределах 900 — 1 400-от за тонну. Для сравнения, за 1 000 килограммов каменного угля при оптовых закупках просят не менее 1 800 рублей.
Обычно, ценник составляет около 2 500. Максимум в 4 000 рублей за тонну просят за антрацит. Однако, как и на любом , встречаются заоблачные и весьма скромные предложения.
Килограммами, к примеру, бурый уголь могут продавать по 350 рублей. Предложение рассчитано на садоводов. Подготавливая рассаду к дачному сезону, они не видят разницы с ценниками за удобрения из магазинов, напротив, усматривают выгоду.
Отчасти, ценник на бурый уголь, как и прочие, зависит от фракции. Крупные «булыжники» стоят дешевле. Угольная пыль неудобна в обращении, а посему, тоже доступна. Наиболее ценится порода средней фракции.
Влияет на , как уже говорилось, и наименование месторождения. Промышленники знают, откуда ждать качественный товар, а откуда второсортный, учитывают нюансы состава породы в разных залежах.
Транспортировка бурого угля
Упоминалось и то, что в ценообразовании участвует способ добычи угля. Содержать шахты – дело затратное. Кстати, первая угольная шахта организована в Голландии. Удивляет дата – 1 113-ый год.
Так что, угольная промышленность процветала и в Средние века. Более того, герой статьи и его «собратья» признаны первым видом ископаемого топлива, которым стал пользоваться человек.
Впереди, по подсчетам ученых, еще 500 лет. На больший срок разведанных запасов угля не хватит. Так что, неудивительны активные попытки найти альтернативные углеводородам источники топлива.
Растения не успевают перегнивать с той скоростью, с которой пользуется героем статьи человечество. К тому же, в последние геологические эры климат планеты изменился, углеобразование резко замедлилось.
Несмотря на то, что в сфере энергетики последнее время наблюдается невероятный технологический прорыв, бурый уголь, который был открыт довольно давно и начал активно использоваться еще в 19 веке, до сих пор остается востребованным и находит широкое применение на практике. Такое положение объясняется оптимальным соотношением цены и качества данного вида топлива. С точки зрения основных характеристик он уступает тому же каменному углю , но благодаря необычным свойствам бурого угля применение его возможно в самых разных областях хозяйственной деятельности современного человека.
Происхождение бурого угля
Характеристики бурого угля обусловлены его происхождением – он представляет собой промежуточное звено в длительном и сложном с химической точки зрения процессе формирования каменного угля. Исходным материалом для этого служат подземные залежи остатков древних папоротников и хвощей, которые под воздействием совокупности факторов были законсервированы на большой глубине. В результате, плотная масса постепенно превращалась в углерод (бурый уголь в среднем на 60 % состоит именно из углерода), где первой стадией превращения был торф, затем бурый уголь, который в процессе различных преобразований становился каменным углем, а в дальнейшем – антрацитом.
Таким образом, бурый уголь представляет собой молодой, «невызревший» каменный уголь. Это обстоятельство во многом объясняет свойства и применение бурого угля. Его залежи расположены на глубине до 600 метров в виде сплошных толстых пластов различной мощности. В среднем глубина угольных наслоений колеблется от 10 до 60 метров, хотя известны месторождения, где толщина слоя достигает 200 м. Все это делает процесс добычи бурого угля простым и малозатратным, а, следовательно, экономически эффективным.
Добыча бурого угля
Общие запасы бурого угля в мире специалисты оценивают примерно в 5 триллионов тонн. Главные месторождения при этом сосредоточены в России, Восточной Европе, а также в Австралии. Больше всего бурого топлива производят в Германии, где его добывают открытым способом на трех крупных месторождениях.
В России география добычи намного шире, хотя большая часть месторождений сосредоточена в азиатской части страны. Один из крупнейших угольных бассейнов в мире — Канско-Ачинский, находится Красноярском крае и, несмотря на то, что он частично захватывает Кемеровскую и Иркутскую области, все же главным поставщиком бурого угля в нашей стране по праву считается Красноярск.
Канско-Ачинский бассейн — это огромная территория, разделенная на десятки отдельных месторождений, каждое из которых способно обеспечить энергетические потребности целого района. Например, крупнейший разрез бассейна – березовский , где добывают так называемый шарыповский уголь, снабжает твердым топливом местную ГРЭС, на энергии которой держится экономика всего района.
Другой крупный угольный бассейн – Тунгусский. Он так же имеет отношение к Красноярскому краю, хотя большая его часть расположена на территории Республики Саха, на так называемой Центрально-Якутской равнине.
Основные характеристики бурого угля
Бурый уголь считается топливом низкой степени углефикации , так как концентрация углерода (вещества, которое и обеспечивает активное горение), в нем ниже, чем в каменном. Этим объясняется и более низкая удельная теплота сгорания – количество тепла, которое выделяется при сгорании 1 кг топлива. Для бурого угля этот показатель в среднем составляет 5,4-5,6 кКал , но отдельные разновидности, например, отборный, с точки зрения удельной теплоты сгорания значительно превосходят средний уровень.
Для бурого угля характерно высокое содержание влаги – средний показатель 25 %, а в некоторых случаях влажность топлива может достигать 40 % . Это обстоятельство не лучшим образом сказывается на горючих свойствах бурого угля и его применении. При его сжигании в большом количестве выделяется дым, появляется своеобразный очень устойчивый запах гари, что создает определенные неудобства при использовании угля для отопления частных домов.
Еще одна важная характеристика любого твердого топлива – зольность . Она определяется в процентах и подразумевает объем негорючих отходов, которые остаются в печи после полного сгорания угля. Зольность зависит от наличия в угольной массе влаги и посторонних примесей в виде различных смол. Их содержание может быть различным в зависимости от месторождения, на котором добывается уголь. Таким образом, например, уголь Бородинского месторождения отличает высокий уровень влажности и зольности, которая в отдельных случаях может достигать 20 % и более.
Сфера применения
В зависимости от конкретного сочетания вышеперечисленных свойств, применение бурого угля возможно в самых разных сферах хозяйственной деятельности. Прежде всего, низкая себестоимость делает его привлекательным с точки зрения владельцев частных домов , где отопление строится на работе твердотопливных котлов. Наибольшей популярностью в данном сегменте пользуется добываемый в Красноярске , который характеризуется умеренной влажностью (20-22 %) и зольностью (от 5 до 8 %), а также высокой теплотой сгорания. При таких показателях он идеально подходит для сжигания в стандартных твердотопливных котлах.
С этой точки зрения сравниться с может только черногорский каменный уголь. Его главное достоинство – низкое содержание примесей, а также влажность, которая не превышает 7 %, а в некоторых разновидностях черногорского угля составляет всего 3 %. Соответственно, зольность такого топлива колеблется на уровне 7-8 %, а удельная теплота сгорания находится в пределах 7800-8200 кКал/кг.
Так же бурый уголь может использоваться в небольших котельных и на тепловых электростанциях , где топливо должно соответствовать особым требованиям. Применение каменного угля, а тем более, антрацита в данном случае нерентабельно из-за высокой стоимости. А вот бурый уголь подходят для таких целей практически идеально. В Красноярске, например, для подобных целей используют, главным образом, шарыповский и бородинский бурый уголь.
Таким образом, свойства и применение бурого угля довольно широки, что отмечено в «Энергетической стратегии России на период до 2020 года». В указанном документе подчеркивается несомненная важность данного вида топлива для энергетической независимости страны.
Бурый уголь в целом характеризуется высокой теплотой сгорания при относительно низкой себестоимости. Но при этом большое количество посторонних примесей в виде различных смол, а также высокая влажность снижают эффективность бурого угля как топлива. Конкретные рекомендации по его использованию зависят от характеристик выбранной разновидности. Для отопления частных домов с помощью твердотопливных котлов идеально подходит , а если используются установки автоматического или полуавтоматического типа, то лучшим решением станет черногорский каменный уголь , который характеризуется низкой влажностью и зольностью. А вот для работы небольших котельных и ТЭЦ подходят менее качественные виды топлива, с более высоким содержанием примесей и влаги, например, бородинский или шарыповский.
Бурым углём называют осадочную породу, которая образуется при разложении остатков древних растений (древовидных папоротников, хвощей и плаунов, а также первых голосеменных растений). Процесс образования и состав бурого угля сходен с , но бурый является менее ценным. Однако месторождений бурого угля на планете больше, а залегают он на меньшей глубине. Бурый уголь состоит из смеси высокомолекулярных ароматических соединений (главным образом углерода – до 78%), а также воды и летучих веществ с небольшим количеством примесей. В зависимости от состава угля меняется и количество теплоты, выделяющееся при его сгорании, а также количество образующейся золы.
Для образования также необходимо было соблюдение следующего условия: гниющий растительный материал должен был накапливаться быстрее, чем происходит его разложение. Бурый уголь образовывался в основном на древних торфяных , где накапливались углеродные соединения, а доступ кислорода практически отсутствовал. Исходным материалом для образования угля является торф, который также раньше активно использовался в качестве топлива. Уголь же появлялся в том случае, если пласты торфа оказывались под другими наносами. Торф при этом спрессовывался, терял и воду, в результате чего образовывался уголь.
Бурый уголь возникал при залегании спрессованных торфяных пластов на небольшой глубине (при залегании их глубже образовывался каменный уголь). Поэтому месторождений бурого угля больше, а расположены они ближе к поверхности. Пласты угля также приподнимались во время , в результате чего некоторые из них оказались на глубине нескольких метров от поверхности. Благодаря этому, большинство буроугольных месторождений разрабатывается открытым способом.
Различают 3 основных разновидности бурого угля: лигнит (с ясно различимой древесной структурой материнских растений), рыхлый землистый и плотный блестящий. Бурый уголь распространён в отложениях различного возраста, начиная от девона и карбона, но наиболее богатые месторождения относятся к мезозойскому и третичному возрастам.
Бурый уголь используются в качестве энергетического топлива и как химическое сырьё для получения жидкого топлива и разных синтетических веществ, газа и удобрений. При специальной обработке из бурого угля получают кокс, пригодный для производства.
Крупнейшие месторождения бурого угля в России:
Солтонское месторождение
Единственное угольное месторождение, расположенное на . Прогнозируемые запасы оцениваются в 250 миллионов тонн. Уголь здесь добывается открытым способом.
В настоящее время разведанные запасы бурого угля на двух разрезах составляют 34 миллиона тонн. В 2006 году здесь было добыто100 тысяч тонн угля. В 2007 году объемы добычи должны составить 300 тысяч тонн, в 2008 году – уже 500 тысяч тонн.
Канско-Ачинский бассейн
Угольный бассейн, расположен на несколько сотен километров восточнее Кузнецкого бассейна на территории Красноярского края и частично в Кемеровской и Иркутской областях. Этот Центрально-Сибирский бассейн обладает значительными запасами энергетического бурого угля. Добыча ведётся в основном открытым способом (открытая часть бассейна составляет 45 тысяч км2 - 143 миллиардов тонн угля пласты мощностью 15 - 70 м.). Встречаются также месторождения каменного угля.
Общие запасы составляют около 638 миллиардов тонн. Мощность рабочих пластов от 2 до 15 м., максимальная — 85 м. Угли сформировались в юрский период.
Площадь бассейна поделена на 10 промышленно-геологических районов, в каждом из которых разрабатывается по одному месторождению:
- Абанское
- Ирша-Бородинское
- Берёзовское
- Назаровское
- Боготольское
- Бородинское
- Урюпское
- Барандатское
- Итатское
- Саяно-Партизанское
Ленский угольный бассейн
Располагается на территории Республики Саха (Якутия) и Красноярского края. Основная часть его располагается в Центрально-якутской низменности в бассейне и её притоков (Алдана и Вилюя). Площадь около 750 000 км2. Общие геологические запасы до глубины 600 м – более 2 триллионов тонн. По территория угольного бассейна подразделяется на две части: западную, которая занимает Вилюйскую синеклизу Сибирской , и восточную, входящую в краевую зону Верхояно-Чукотской складчатой области.
Угольные пласты сложены из осадочных от нижнеюрского до палеогенового периодов. Залегание угленосных пород осложнено пологими поднятиями и впадинами. В Приверхоянском прогибе угленосная толща собрана в складки, осложнённые разрывами, мощность её 1000-2500 м. Количество и мощность угольных пластов мезозойского возраста в различных частях бассейна разнообразны: в западной части от 1 до 10 пластов мощностью 1-20 м, в восточной до 30 пластов мощностью 1-2 м. Встречаются не только бурые, но и каменные угли.
В бурых углях содержится от 15 до 30% влаги, зольность углей 10-25% теплота сгорания 27,2 Мдж/кг. Пласты бурого угля имеют линзовидный характер, мощность меняется от 1-10 м до 30 м.
Месторождения бурого угля часто располагаются рядом с каменноугольными. Поэтому он добывается также в таких известных бассейнах как Минусинский или Кузнецкий.
| Показатели, % | Месторождение угля | ||||
| Южно- Уральское | Ирша-Бо- родинское | Подмосков- ное | Бикинс- кое | Челябин- ское | |
| Зольность А р | 16,0 | 6,3 | 30,6 | 35,0 | 24,4 |
| Влажность W р | 10,0 | 8,2 | 32,1 | 10,5 | 9,1 |
| Выход летучих | 63,6 | 47,0 | 48,0 | 50,4 | 39,0 |
| Состав горючей массы С | 69,5 | 70,7 | 67,6 | 65,4 | 71,0 |
| Н | 6,6 | 5,7 | 5,17 | 5,5 | 4,4 |
| О | 21,8 | 22,9 | 26,0 | 26,5 | 23,0 |
| N | 0,6 | 0,7 | 1,22 | 1,8 | 1,4 |
| Содержание серы S | 2,92 | 0,3 | 4,34 | 0,44 | 1,97 |
| В том числе: пиритной | 1,23 | 0,01 | 2,49 | 0,07 | 0,1 |
| сульфатной | 0,13 | 0,02 | 0,65 | 0,03 | 0,29 |
| органической | 1,46 | 0,27 | 1,2 | 0,34 | 1,58 |
| Содержание гуминовых кислот в горючей массе | 68,0 | 37,7 | 17,0 | 22,0 | 2,3 |
Промышленная классификация бурых углей предусматривает разделение их на группы по влажности и зольности и на сорта по крупности кусков. По содержанию влаги в рабочем топливе (W р) бурые угли делятся на три группы: Б1, Б2 и Б3 при W р >40, W р =30…40 и W р <30 % соответственно. По зольности сухой массы (А с) бурые угли в зависимости от бассейна делятся на ряд групп (от трех до пяти). По размерам кусков бурые угли разделяются на сорта: БК (бурые крупные – с размерами кусков от 50 до 100 мм); БО (бурый орех – куски от 25 до 50 мм); БМ (бурые мелкие – куски от 13 до 25 мм); БР (бурый рядовой – куски до 200 мм для шахт и до 300 мм для карьеров).
Месторождение бурых углей в нашей стране имеются повсеместно, и запасы их весьма велики. Только в Канско-Ачинском бассейне геологические запасы бурых углей оцениваются в 600 млрд т, из которых 140 млрд т можно добывать открытым способом.
Еще более крупные запасы углей сосредоточены в Тунгусском бассейне (несколько триллионов тонн). Крупные залежи бурых углей имеются в Казахстане, Украине, в центральной зоне Российской Федерации, в Средней Азии и на Дальнем Востоке.
Из-за высокого содержания балласта и малой механической прочности бурые угли нетранспортабельны на большие расстояния и относятся, как и торф, к категории местных топлив. Однако разработанные различные технологии их подготовки позволяют превращать бурые угли в транспортабельное топливо, что в сочетании с новыми способами сжигания (например в кипящем слое) существенно расширит возможности их перевозки и сделает более эффективным их сжигание на электростанциях.
Перспективно энерготехнологическое или энергохимическое использование бурых углей, при котором на их основе можно получать синтетическое жидкое топливо, химическое сырье, различную товарную продукцию.
Каменные угли. Изменение органического вещества горючих ископаемых на каменноугольной стадии протекает под действием ряда геологических факторов в зонах повышенной тектонической активности. Главным фактором, по-видимому, является температура (предполагают, что формирование каменных углей происходило при температурах 250-350 °С). Установлено, что некоторые горные породы и минеральные включения в угольной массе (например оксиды железа, алюминия и др.) могут играть роль катализаторов ряда реакций в веществе угля. В результате этого происходит дальнейшее обогащение органического материала углеродом с потерей им кислород- и водородсодержащих соединений, образующих оксид и диоксид углерода, воду, метан. Содержавшиеся в буром угле гуминовые кислоты на каменноугольной стадии превращаются в нерастворимые нейтральные гумины.
Каменные угли весьма разнообразны по химической зрелости, в связи с чем их классифицируют по ряду признаков: выходу летучих веществ, отнесенному к горючей массе топлива, V г, спекаемости твердого остатка, определяемой при нагреве топлива без доступа воздуха до температуры 850 °С в стандартных условиях, и теплоте сгорания по бомбе на горючую массу . В принятой классификации каменные угли подразделяются на следующие марки (с обозначением марок): длиннопламенный (Д), газовый (Г), газовый жирный (ГЖ), жирный (Ж), коксовый (К), коксовый жирный (КЖ), коксовый второй (К2), отощенный спекающийся (ОС), слабоспекающийся (СС), тощий (Т). Число марок углей и их характеристика определяются ГОСТ для каждого бассейна.
Запасы каменных углей в РФ также весьма велики, при этом большая их часть подобно бурым углям сосредоточена в Сибири. Среди крупнейших каменноуголных бассейнов страны сегодня разрабытваются Кузнецкий, Печорский, Южно-Якутский, Кизеловский.
Каменные угли обладают относительно меньшим содержанием золы и влаги, чем бурые угли: А р = (5…15) %; W р =(5…10) %. Вследствие этого их теплота сгорания оказывается большей:
Q н р = (23…27,3) МДж/кг (5500…6500 ккал/кг).
Антрацит. Антрацит является конечным итогом преобразования углей. Это разновидность угля характеризуется весьма высокой степенью углефикации (содержание углерода в горючей массе достигает 94 – 96 %), высокой твердостью и плотностью, низкой влажностью и четко выраженной мелкокристаллической структурой природного графита. Из-за повышенной хрупкости добыча антрацита сопровождается образованием большего количества мелочи (с размерами кусков менее 6 мм) – так называемого штыба. Антрацитовый штыб (АШ) является относительно низкосортным энергетическим топливом, сжигание которого было впервые в мире в широких масштабах организовано на электростанциях СССР еще в довоенный период.
У этих углей малый выход летучих (V г = 2…9 %).
Теплота сгорания таких углей достаточно высокая: Q н р = 34,5 МДж/кг (8300 ккал/кг). Угли, по своим характеристикам находящиеся между каменными углями и антрацитами, называют полуантрацитами . Выход летучих у таких углей составляет V г = (5…10) %, а теплота сгорания несколько больше, чем антрацитов (Q н р = 35 МДж/кг). Полуантрациты и антрациты разделяются по объемному выходу летучих веществ в условной горючей массе V г об: полуантрациты – (220…300) см 3 /г, антрациты – менее 220 см 3 /г. Теплота сгорания летучих веществ для антрацитов – 43,1 МДж/кг, полуантрацитов – 48,2 МДж/кг.
Горючие сланцы. Горючие сланцы относятся к классу сапропелитов, сильно забалластированных осадочными породами (песком, глиной), содержание которых достигает 70 %. При содержании балласта свыше 70 % сжигание сапропелита в обычных топочных устройствах (слоевых или камерных) становится невозможным, однако в топках с кипящим слоем можно сжигать горючие сланцы, содержащие менее 30 % горючего органического вещества.
Будучи типичным низкосортным топливом, сланцы вместе с тем являются ценным сырьем для производства синтетического жидкого топлива и горючего газа, в частности при их комплексном использовании. Определенную ценность представляет также сланцевая зола как строительный материал и продукт для раскисления почв в сельском хозяйстве.
Наша страна располагает большими запасами сланцев. Месторождения сланцевого топлива имеются в областях Куйбышевской, Саратовской, Ульяновской, Ленинградской и др.
Зольность сланцев очень большая и доходит до А р =(50…60) %. Вследствие большого балласта их теплота сгорания низкая Q н р = (5,87…10) МДж/кг (1400…2000 ккал/кг). В горючей массе содержание водорода оказывается высоким Н р = (7,5…9,5) %, что обусловливает большой выход летучих, достигающий (80…90) %, и их легкую воспламеняемость.
Древесное топливо и городской мусор. К этой категории топлива кроме собственно дров относят также различного рода растительные отходы, образующиеся как при рубке леса, так и при его дальнейшей переработке (пни, сучья, ветви, вершинные части деревьев, обрезки, щепа, стружка, опилки, так называемые отпады: хвоя, листва, валежник, корье), отходы растениеводства: солома, костра, лузга, стебли некоторых растений и т. п.
Органическая часть древесины и других растительных образований состоит в основном из углеводов и в меньшей мере из белков, жиров, восков и смол, входящих в состав растительных клеток или заполняющих межклеточное пространство растительной ткани. Основными компонентами углеводов является целлюлоза (С 6 Н 24 О 5) х, из которой построены стенки клеток, гемицеллюлоза, представляющая собой гидролизирующуюся часть целлюлозы, и особое инкрустирующее вещество, заполняющее межклеточные промежутки – лигнин (С 9 Н 24 О 10). Содержание целлюлозы в органической части многоклеточных растений достигает 60 %, содержание лигнина колеблется в пределах 20…30 %, в зависимости от породы и возраста древесины. Содержание минеральных солей в основной древесине составляет 0,21 %, в березовой − 0,29…0,38 %, в дубовой − 0,37 %, в еловой − 0,22…0,37 %. Однако в коре, листьях, а также в стеблях однолетних растений содержание минеральных солей значительно больше и составляет: в еловой коре − 5,77 %, в буковой − 8,84 %, в соломе – от 3,3 до 7,2 %, в лузге − 2,31 %, камыше − 7,4 %. Элементный состав и характеристика древесного топлива различных видов приведены в табл. 6.
Низкая себестоимость и обширные запасы - главные факторы, обуславливающие увеличение количества сфер применения бурого угля. Этот вид ископаемого твердого топлива, самый ранний вид угля, добывается человеком уже не одну сотню лет. Уголь бурый - продукт метаморфизма торфа, в стадии между лигнитом и каменным углем. По сравнению с последним, данный вид топлива менее популярен, тем не менее в силу своей низкой себестоимости довольно широко применяется для производства электроэнергии, отопления и получения иных видов топлива.
Строение
Уголь бурый - плотная, землистая или волокнистая углистая масса бурого или смоляно-черного цвета с большим содержанием летучих битуминозных веществ. Как правило, в нем хорошо сохраняются растительная структура, раковистые изломы, древесные массы. Горит легко, пламя коптящее, при этом выделяется своеобразный неприятный запах гари. Вступая в реакцию с гидроксидом калия, образует жидкость темно-бурого цвета. При сухой перегонке бурый уголь образует аммиак с уксусной кислотой. Химический состав (в среднем), за вычетом золы: углерод - 63%, кислород - 32%, водород 3-5%, азот 0-2%.
Происхождение
Уголь бурый образуют слои залежей осадочных пород - флецы, часто большой мощности и протяженности. Материалом для формирования бурого угля служат различного рода пяльпы, кониферы, деревья и торфяные растения. Отложения этих веществ постепенно разлагаются без доступа воздуха, под водой, под шапкой смеси глины и песка. Процесс тления сопровождается постоянным выделением летучих веществ и постепенно приводит к обогащению растительных остатков углеродом. Уголь бурый - одна из первых стадий метаморфизма таких растительных отложений, после торфа. Дальнейшие стадии - каменный уголь, антрацит, графит. Чем длительней процесс, тем ближе состояние к чистому углерод-графиту. Так, графит относится к азойской группе, каменный уголь - к палеозойской, бурый уголь - преимущественно к мезозойской и кайнозойской.
Каменный и бурый уголь: отличия
Как можно заметить из самого названия, бурый уголь отличается от каменного цветом (более светлым или более темным). Существуют и черные разновидности, но в порошкообразном виде оттенок такого угля все равно бурый. Цвет каменного и антрацита всегда остается черным. Характерные свойства бурого угля заключаются в большем содержании углерода, по сравнению с каменными углями, и меньшем содержании битуминозных веществ. Это объясняет то, почему бурый уголь горит легче и при этом образуется большое количество дыма. Большое содержание углерода также объясняет упомянутую реакцию с гидроксидом калия и своеобразный неприятный запах во время горения. Содержание азота, по сравнению с каменными углями, также значительно ниже. При долгом пребывании на воздухе бурый уголь стремительно теряет влагу, рассыпаясь в порошок.
Разновидности
Сортов и разновидностей бурого угля достаточно много, среди которых выделяют несколько основных:
- Обычный бурый уголь, консистенция плотная, матового бурого цвета.
- Бурый уголь землистого излома, легко стирающийся в порошок.
- Смолистый, очень плотный, темно-бурый, иногда даже иссиня-черный. В изломе напоминает смолу.
- Лигнит, или битуминозное дерево. Уголь с хорошо сохранившейся растительной структурой. Иногда встречается даже в виде целых стволов деревьев с корнями.
- Дизодил - бурый бумажный уголь в виде истлевшей тонкослоистой растительной массы. Легко разделяется на тонкие листы.
- Бурый торфяной уголь. Напоминающий торф, с большим количеством посторонних примесей, иногда напоминающий землю.
Процентное соотношение золы и горючих элементов у различных видов бурого угля варьируется в широких пределах, что и определяет достоинства горючего материала той или иной разновидности.
Добыча
Способы добычи бурого угля аналогичны для всех ископаемых углей. Различают открытый (карьерный) и закрытый. Наиболее старый метод закрытой добычи - штольни, наклонные скважины до угольного пласта небольшой мощности и неглубокого залегания. Применяется в случае финансовой неэффективности устройства карьера.
Шахта - вертикальная или наклонная скважина в толще породы от поверхности до угольного пласта. Данный способ используется при глубоком залегании угленосных пластов. Характеризуется высокой себестоимостью добываемых ресурсов и высокой аварийностью.
Добыча открытым способом ведется при относительно небольшой (до 100 м) глубине залегания угольного пласта. Открытая или карьерная добыча наиболее экономичная, на сегодняшний день таким способом добывается примерно 65% всего угля. Главный минус карьерной выработки - большой урон окружающей среде. Добыча бурого угля преимущественно ведется открытым способом ввиду небольшой глубины залегания. Первоначально осуществляется удаление вскрыши (слоя пород над угольным пластом). После этого производится отбойка угля буровзрывным методом и его транспортировка специализированным (карьерным) автотранспортом с места добычи. Вскрышные работы, в зависимости от величины и состава слоя, могут осуществляться бульдозерами (при рыхлом слое незначительной толщины) или роторными экскаваторами и драглайнами (при более толстом и плотном слое породы).
Применение
В качестве топлива уголь бурый используется значительно реже, чем каменный. Применяется для отопления частных домов и на мелких электростанциях. Путем т. н. сухой перегонки из бурого угля получают горный воск для деревообрабатывающей, бумажной и текстильной промышленности, креозот, карболовую кислоту и другие подобные продукты. Также он перерабатывается в жидкое углеводородное топливо. Гуминовые кислоты в составе бурого угля позволяют использовать его в сельском хозяйстве в качестве удобрения.
Современные технологии позволяют производить из бурого угля синтетический газ, который выступает аналогом природного газа. Для этого уголь нагревают до 1000 градусов Цельсия, вследствие чего происходит газообразование. На практике применяется довольно эффективный способ: по просверленной скважине к залежам бурого угля через трубу подается высокая температура, а по другой трубе уже выходит готовый газ - продукт подземной переработки.