Występowanie węgla Węgiel, jako pierwiastek, występuje

Transkrypt

1 WĘGIEL

2 Występowanie węgla Węgiel, jako pierwiastek, występuje: a) w małych ilościach w stanie wolnym (grafit, diament) b) głównie w stanie związanym: - węglany (CaCO 3, MgCO 3, i innych), - dwutlenek węgla w powietrzu CO 2, - związkach organicznych, zalicza się do nich paliwa kopalne: gaz ziemny, ropa naftowa, węgiel i biomasa.

3 Pochodzenie węgla Pochodzenie węgla, jako paliwa, jest organiczne Przekrój przez węgiel brunatny

4 Powstawanie węgla Węgiel zalicza się do biolitów skał osadowych pochodzenia organicznego. Węgiel kamienny Węgiel brunatny Lignity Torf przed mln lat przed 100 mln lat przed 70-2 mln lat od 2 mln lat do teraz Proces konwersji substancji roślinnej w substancję węglową nazywa się uwęgleniem i dzieli się na dwie fazy: biochemiczną i geochemiczną.

5 Powstawanie węgla materiał roślinny torf węgiel brunatny faza biochemiczna węgiel brunatny węgiel kamienny antracyt faza geochemiczna Z pracy Flaming F. Fradsena

6 Petrografia węgla Litotypy: witryn, klaryn, duryn i fuzyn (węgiel błyszczący, półbłyszczący, matowy i włóknisty) Mikrolitotypy (obserwowalne pod mikroskopem) Macerały: grupa witrynitu, grupa egzynitu, grupa inertynitu.

7 Petrografia węgla: macerały

8 Podstawowe składniki węgla Węgiel składa się z: - substancji organicznej (palnej), - substancji mineralnej (A), - wilgoci (M).

9 Substancja organiczna węgla Substancja organiczna to materia powstała w czasie wzrostu organizmów Ŝywych, a następnie obumarła uległa przemianom (uwęgleniu). Substancja organiczna składa się z następujących pierwiastków: C, H, O, S, N, P i innych pierwiastków w śladowych udziałach.

10 Chemiczna struktura substancji organicznej węgla Pierścienie benzenu

11 Zmiany struktury chemicznej węgla w procesie uwęglenia

12 Budowa węgla

13 Klasyfikacja (przemysłowo-handlowa) węgli Potrzeba klasyfikacji węgli: - zróŝnicowanie palenisk kotłowych - wymagania róŝnych technologii chemiczna - rozpowszechnienie handlu węglem

14 Podstawy klasyfikacji węgli 1. Pochodzenie 2. Właściwości (parametry) Parametry węgla oznaczane wg. PN (analizy) ciepło spalania (wg PN-81/G lub PN-ISO 1928:2002), wskaźnik wolnego wydymania (wg PN-81/G-04515), zawartość części lotnych w węglu (wg PN-G-04516:1998), wskaźniki dylatometryczne (PN-81/G-04517), zdolność spiekania (PN-81/G-04518).

15 Standardowe analizy węgli Analiza elementarna: - udział pierwiastków: C, H, O, S, N, P,... Analiza techniczna udziały w węglu: - wilgoci, - popiołu, - części lotnych - ciepło spalania.

16 Pochodzenie węgli a stopień uwęglenia Według pochodzenia i stopienia uwęglenia (udział C): Torf: Węgiel brunatny: Węgiel kamienny: Antracyt: Grafit: 100

17 Stan węgla Stany w jakich paliwo poddawane jest analizie: Stan analityczny lub powietrzno-suchy (a), gdy wilgoć w węglu jest w równowadze z wilgocią otoczenia, Stan suchy ( d lub wf), po suszeniu przez dwie ponad godziny w temperaturze o C, Stan suchy, bezpopiołowy (daf lub waf). Stan roboczy w którym paliwa jest uŝytkowane (r).

18 Przeliczanie wyników analiz składu paliwa Rodzaj przeliczenia Ze stanu Roboczy r Współczynnik przeliczenia na stan: Analityczny Roboczego r 1 r a Ze stanu analitycznego a Ze stanu suchego d Ze stanu daf r 1 W +W 1 r 1 W 1 r 1 W A 1 a r a 1 1 W W Suchy d 1 1 W 1 1 a 1 W a 1 W 1 a 1 W A 1 a r Suchy bezpopiołowy daf 1 r r 1 W A 1 a a 1 W A 1 1 d 1 A 1 A 1 d 1

19 Schematyczne rozróŝnienie stanów węgli karbonizat części lotne substancja organiczna popiół części rozkładu substancji mineralnej wilgoć higroskopijna w stanie powietrzno-suchym wilgoć przemijająca (powierzchniowa) subst. mineralna w węgiel w stanie suchym c + h + o + n + s + a + w = 1 węgiel w stanie powietrzno-suchym (stan analityczny) węgiel surowy (stan roboczy)

20 Podziały węgli W polskiej klasyfikacji węgle dzieli się na: grupy (klasy), typy, sortymenty.

21 Podział węgli na grupy (klasy) Grupę paliwa określa dwucyfrową liczbę xy: - pierwsza określa klasę ze względu na stopień uwęglenia, - druga miejsce paliwa w obrębie grupy: - x klasa, y - miejsce w klasie.

22 Grupy (klasy) węgli Drewno: Torf: Węgle brunatne: Węgle kamienne: Antracyty: 41 i wyŝej Grafit: 50

23 Pomiary klasyfikacyjne Klasyfikacja węgli energetycznych Typ węgla Nazwa Wyró Ŝ-nik zawartość części lotnych V daf wg PN-81/ G zdolność spiekania RI wg PN-81/ G-4518 dylatacja b wg PN-81/ G wskaźnik wolnego wydymania SI wg PN-81/ G ciepło spalania Q daf wg PN-81/ G % % kj/kg Zastosowanie węgla Węgiel płomie nny Węgiel gazowo - płomie nny Węgiel gazowy PowyŜej 28 PowyŜej 28 PowyŜej 28 poniŝej lub równe 5 powyŝej 5 do 20 powyŝej 20 do 40 powyŝej 40 do 55 nie normalizuj e się nie normalizuj e się poniŝej lub równe PowyŜej nie normalizuje się węgiel do celów energetycznych do wszystkich typów palenisk pyłowych; węgiel do czadnic Węgiel do celów energetycznych do wszystkich typów palenisk; węgiel do wytlewania i do czadnic węgiel do celów energetycznych; do palenisk rusztowych, komorowych i wszystkich typów palenisk pyłowych; węgiel do wytlewania i do gazowni węgiel do celów energetycznych; do palenisk rusztowych i wszystkich typów palenisk pyłowych; węgiel do pieców przemysłowych o szczególnych wymaganiach; węgiel do gazowni i do mieszanki do produkcji koksu w koksowniach

24 Składniki węgla: substancja organiczna Substancja organiczna składa się głównie z: - C i H, ponadto z: - O, S, N, i P oraz pierwiastków śladowych.

25 Rozkład termiczny substancji organicznej Po podgrzaniu powyŝej 600 o C substancja organiczna węgla rozkłada się na: - części lotne, - pozostałość koksową (karbonizat)

26 Analiza elementarna substancji organicznej Paliwo C H O N + S Zawartość części lotnych, % Drewno Torf Węgiel brunatny , , , Węgiel kamienny ,8 35 Antracyt ślady 5

27 Składniki węgla: Substancja mineralna Dzieli się na: - wewnętrzną (pochodzącą z substancji węglotwórczej) - zewnętrzną (skała płonna, i naniesione: piasek i glina) Udział substancji mineralnej w węglu: 2-60%

28 WaŜniejsze składniki substancji mineralnej węgla - krzemionka (kwarc), - minerały ilaste (kaolinit, ilit), - tlenki (np. tlenek Ŝelaza: hematyt) - węglany (kalcyt, dolomit) - siarczki i siarczany.

29 Składniki węgla: wilgoć (5-60%) Składa się z: - wilgoci przemijającej(nie jest związana z substancją organiczną, moŝe być usunięta przez suszenie w temperaturze pokojowej stan powietrzno-suchy lub analityczny (a)) - wilgoć higroskopijnej (jest związana z substancją organiczną, moŝna ją usunąć z węgla podgrzewając go do o C, stan suchy (d))

30 Udział waŝniejszych pierwiastków w węglu Węgiel C: 50-93% Wodór H: 2-5% Siarka S: 1-5 (11)% w siarczkach (FeS 2 ) w siarczanach (CaSO 4, FeSO 4 )

31 Charakterystyka polskich, energetycznych węgli kamiennych Węgle kamienne: typy Rodzaj węgla Wartość opałowa kj/kg Udział popiołu % Udział siarki % Udział wody % Jaworznicki Mikołowski Dąbrowskosiemianowski Katowickochorzowski Rybnicki Lubelski ,25 1,5 1,5 0,6 0,8 0,7 1,3 1,

32 Węgle energetyczne (cd) Charakterystyka polskich węgli kamiennych - energetycznych W u = MJ/kg A = 7-25% S = 1,2% N = 0,6-2,8%

33 Charakterystyka polskich, energetycznych węgli brunatnych Węgle brunatne Rodzaj węgla Wartość opałowa kj/kg Udział popiołu % Udział siarki % Udział wody % Turoszowski Koniński Pątnowski Adamowski Bełchatowski ,2 20 5,8 6,3 10,6 9,8 10,6 0,60 0,25 0,35 0,78 0,25 0,

34 Węgle energetyczne (cd) Charakterystyka polskich węgli brunatnych W u = 5,6-11,7 (średnio 8,5) MJ/kg A = 4-25 (średnio 12,0)% S = 0,2-1,7 (średnio 0,7)% N = 0,6-2,0%

35 Występowanie węgla w Polsce 1 Węgiel kamienny Zagłębia węgla kamiennego: - górnośląskie, - dolnośląskie - lubelskie

36 Występowanie węgla w Polsce 2 Węgiel kamienny Zagłębie Zasoby udokumentowane, % Zasoby perspektywiczne, % GZW DZW LZW 88,2 11,1 0,7 43,7 56,1 0,3

37 Występowanie węgla w Polsce 3 Węgiel brunatny Zagłębia: - adamowsko-konińskie - bełchatowskie (Szczerców) - turoszowskie - sieniawskie. Zasoby łączne: Zasoby udokumentowane: Zasoby operatywne; 40 mld Mg mld Mg 3,5 mld Mg

38 Występowanie węgla w Polsce 4 Węgiel brunatny

39 Zasoby i rezerwy węgla Paliwo Świat mld Mg Polska mld Mg Węgiel kamienny rezerwy zasoby Węgiel brunatny rezerwy zasoby

40 ZuŜycie węgla Roczne zuŝycie węgla w Polsce i na świecie Węgiel Świat mld Mg Polska mln Mg Kamienny 3,7 100 Brunatny 0,944 62

41 Ceny węgla

42 Porównanie kosztów ogrzewania

43 Koszty wytwarzania energii Polsce