Где используется бурый уголь. Добыча, характеристика, транспортировка и применение угля

Компания «Русский Уголь» добывает бурый уголь в Амурской области и Красноярском крае. Бурый уголь является промежуточным звеном между торфом, из которого он образуется, и каменным углем. Помимо торфа, он образуется также из лигнита. Бурые угли каждого месторождения обладают своими уникальными характеристиками и свойствами. Бурый уголь горит легче, чем каменный. В нем содержится 60% — 80% горючих веществ. Это самая молодая разновидность ископаемых углей. При сжигании этот вид топлива используют в виде порошка. Бурый уголь стоит дешевле, чем каменный. Поэтому его применение широко распространено в российских регионах – в котельных и небольших ТЭЦ. Некоторые страны Европы закупают его для паровых электростанций. Компания «Русский Уголь» предлагает широкий спектр сортомарок бурого угля.

Бурый уголь, добываемый на разрезах компании, отличается высоким качеством. «Русский Уголь» готов поставить бурый уголь в любой регион России в кратчайшие сроки на максимально выгодных для закупщика условиях.

Все про бурый уголь

Бурые угли – вид горючих ископаемых, слабо метаморфизованных остатков древних растений или планктона,переходная стадия от торфа к каменным углям.
Название получили по цвету слагающей их породы, который варьирует от желтого до темно-коричневого.
В то время, как в России и Европе для обозначения бурых углей существует термин-синоним «лигнит», в Америке лигниты выделяют как отдельную разновидность молодых углей с низкой теплотой сгорания, и собственно бурые угли, более твердые и калорийные.

Бурый уголь в общем случае состоит из аморфной, часто слоистой породы, иногда сохраняющей структуру растительных остатков, из которых образовался. На воздухе быстро теряет структуру, превращаясь в мелкую россыпь. По химическому составу этот вид угля беднее углеродом, чем каменный уголь, и содержит его не более 76%, так же он состоит из кислорода (около 30%), азота, водорода и других примесей, включая уран и иные радиоактивные элементы.

Бурые угли залегают на небольших глубинах, а иногда совсем близко к дневной поверхности, с мощностью пластов до 60 см, что существенно облегчает их разработку, делая возможным открытый вид добычи.

Условия формирования бурого угля

Бурые угли возникают из торфов в основном мезозойско-кайнозойского возраста при первичных стадиях углефикации. В зависимости от природных условий, формировались угли разного типа. Так, в озерных котловинах или морских лагунах образовались сапропелиты – угли, сложенные остатками водорослей и водных организмов. Они отличаются повышенной вязкостью и более высоким содержанием летучих веществ.

Подавляющее большинство бурых углей сформировалось в условиях болот, где растительные остатки не успевали полностью разложиться, оказываясь погребенными под более молодыми отложениями. В дальнейшем, под действием силы тяжести торф спрессовывался на небольшой глубине и преобразовывался в так называемый гумусовый бурый уголь.

Использование угля от древности до наших дней

Бурый уголь, как и его родственники – торф и каменный уголь, с древности используется как топливо, о нем писали еще античные ученые в своих сочинениях. Индейцы, еще не знавшие европейцев, использовали уголь для обжига керамики. В Англии с древности обогревались углем, к 14 веку внедрив его использование в топках Лондона. Одно время народ пытался бунтовать против нетрадиционного вида топлива, считая его нечистым. Однако, выгоды от использования угля были очевидны, и протесты стихли.

Уже в середине 17 века был издан трактат на латыни, повествующий о способах использования торфа и его разновидностей. Постепенно темпы использования угля нарастали. В настоящее время бурый уголь используется как энергетическое топливо. В химической промышленности он востребован для получения разных видов топлива -жидкого и газообразного, из него вырабатывают удобрения и синтетические материалы.

Традиционно считается, что бурый уголь используется как топливо в меньшей степени, чем каменный. Однако, низкая себестоимость и доступность делают его привлекательным для небольших ТЭЦ и для потребителей в непосредственной близости от разработок. В Германии около 20% электроэнергии получают из бурого угля, а в Греции его доля в энергетике составляет около 50%.

Маркировка бурого угля

Все бурые угли у нас в стране относятся к одной марке углей – Б. По ГОСТ эту марку разделяют на три класса по стадиям углефикации, и три технологические группы по влажности. Так же их разделяют по твердости и плотности, структуре.

Международная классификация подразумевает разделение бурых углей на шесть классов влажности и пять классов по степени метаморфизированности породы.

Мировые запасы и добыча

Разведанные запасы бурого угля в мире огромны. Лидерами по запасам являются США, Россия и Китай. Интересно, что Германия, в три раза уступая России по запасам бурых углей является крупнейшим производителем этого топлива в Европе. США традиционно берегут свои запасы, занимая лишь четвертое место по добыче бурого угля.

Огромные по площади месторождения рисуют школьники на контурных картах, смело закрашивая большие куски Сибири и Европы, в Америке западные и южные штаты значатся как самые угленосные регионы мира. В сочетании с разработкой новых видов топлива при переработке углей, энергетические перспективы человечества выглядят совсем не такими мрачными, как принято их рисовать в последние годы.

Качественные характеристики бурого угля от компании Русский уголь

К бурым углям относятся угли с высшей удельной теплотой сгорания влажной беззольной массы менее 24 МДж/кг и отражательной способностью витринита в масле (R 0) менее 0,50 (ГОСТ 9276-72). Аналогичное значение теплоты сгорания для разделения бурых и каменных углей предусмотрено международной классификацией. Бурые угли в куске и порошке (черта на фарфоровой пластинке — "бисквите") имеют цвет от светло-жёлтого до чёрного; 1200-1500 кг/м 3 , объёмная масса 1,05-1,4 т/м 3 , насыпная — 0,70-0,97 т/м 3 . Различают мягкие, землистые, матовые, лигнитовые и плотные (блестящие) разновидности. На воздухе бурый уголь быстро теряет влагу, растрескивается и превращается в мелочь.

Подавляющее большинство бурых углей по вещественному составу относятся к гумитам. и переходные гумусово-сапропелевые разности имеют подчинённое значение и встречаются в виде прослоев в пластах, сложенных гумитами. Большинство бурых углей слагается микрокомпонентами (80-98%) и только в юрских бурых углях Средней преобладают микрокомпоненты группы фюзинита (45-82%); для нижнекарбоновых бурый уголь характерно высокое содержание лейптинита. В СССР (ГОСТ 21489-76) бурый уголь подразделяются по степени (углефикации) на три стадии: О1, О2, и О3 и классы 01, 02, 03. Основой такого подразделения принята отражательная способность витринита в масле R0; нормируемая величина её для стадии О1 — менее 0,30; О2 — 0,30-0,39; О3 — 0,40-0,49. Промышленными классификациями СССР (ГОСТ, группа А 10) бурые угли по влажности рабочего топлива (Wr) подразделяются на три технологические группы (табл.). Бурые угли (ГОСТ 9280-75) разделяются на четыре группы по выходу первичной смолы полукоксования (Tsk daf свыше 25%; 20-25%; 15-20%; 15% и менее) и четыре подгруппы по удельной теплоте сгорания (Qs daf свыше 31,5; 31-31,5; 29-31 и менее 26 МДж/кг). По международной классификации, принятой Европейской экономической комиссией (1957), бурые угли подразделяются на шесть классов по влажности (до 20; 20-30; 30-40; 40-50; 50-60; 70-70) и пять групп по выходу смол полукоксования.

С повышением степени метаморфизма в бурых углях повышаются содержание , удельная теплота сгорания, снижается содержание . Бурые угли характеризуются повышенным содержанием фенольных, карбоксильных и гидроксильных групп, наличием свободных гуминовых кислот, содержание которых снижается с повышением степени метаморфизма от 64 до 2-3% и смол от 25 до 5%. На некоторых месторождениях мягкие бурые угли дают высокий выход бензольного экстракта (5-15%), содержащего 50-75% восков, и имеют повышенное содержание и .

По классификации США бурым углям соответствуют суббитуминозные угли В и С, лигниты А и В.

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.

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.