utilizarea

Cărbunele va merge mai departe dacă este utilizat în mod eficient și dacă calitatea sa este optimă pentru utilizarea finală specială. Calitatea cărbunelui poate fi specificată și măsurată în diferite moduri, care sunt de obicei derivate din diferitele cerințe de utilizare finală. Eficiența utilizării înseamnă, în mod normal, transferul cantității maxime de conținut de căldură al cărbunelui către obiectul care trebuie încălzit, fie că este vorba de apă pentru gătit, aerul unei camere sau încărcătura într-un furnal. Eficiența depinde de utilizarea echipamentelor de ardere a cărbunelui proiectate corespunzător.

Cea mai puțin exigentă piață de cărbune, din punct de vedere calitativ, este cea internă. Motivele sunt că performanța nu poate fi măsurată cu ușurință, puterea consumatorilor ca indivizi de a specifica și de a obține cărbune de bună calitate este minimă și există un anumit compromis posibil între preț și calitate pe care consumatorul casnic îl folosește pentru a obține rezultate satisfăcătoare. Cu toate acestea, acest lucru nu înseamnă că controlul calității nu merită. Cu condiția să nu devină dificil și burocratic contraproductiv, un sistem de orientări de calitate pentru cărbunele de uz casnic este un pas util în asigurarea unui randament maxim din resursa lemnoasă, oferind totuși performanțe adecvate în gospodărie. Pe de altă parte, utilizatorii mari, cum ar fi industria cărbunelui din fier, știu din experiența lor de exploatare și cercetare, proprietățile pe care le caută în cărbune și au mijloacele sub formă de putere de cumpărare concentrată și control asupra a cel puțin o parte din propria lor producție de cărbune., pentru a se asigura că cărbunele pe care îl folosesc este conform specificațiilor lor și produce fontă la costuri minime generale.

Majoritatea specificațiilor utilizate pentru controlul calității cărbunelui au provenit din industria siderurgică sau chimică. Atunci când cărbunele este exportat, cumpărătorii tind să folosească aceste specificații de calitate industrială, chiar dacă principala ieșire a cărbunelui importat poate fi piața internă de gătit sau grătar. Acest factor trebuie avut în vedere, deoarece cerințele industriale și interne nu sunt întotdeauna aceleași și o evaluare inteligentă a cerințelor reale de calitate pe piață poate permite furnizarea de cărbune adecvat la un preț mai mic sau în cantități mai mari, benefice atât pentru cumpărător, cât și pentru vânzător.

Calitatea cărbunelui este definită de diverse proprietăți și, deși toate sunt corelate într-o anumită măsură, acestea sunt măsurate și evaluate separat. Acești diferiți factori de calitate sunt discutați mai jos.

Cărbunele proaspăt dintr-un cuptor deschis conține foarte puțină umiditate, de obicei mai puțin de 1%. Absorbția umezelii din umiditatea aerului în sine este rapidă și există, în timp, un câștig de umiditate care chiar și fără umezeala ploii poate aduce conținutul de umiditate la aproximativ 5-10%, chiar și în cărbune bine ars. Când cărbunele nu este ars în mod corespunzător sau în cazul în care acizii piroligne și gudronele solubile au fost spălate înapoi pe cărbune de ploaie, așa cum se poate întâmpla în arderea gropii și movilelor, higroscopitatea cărbunelui este crescută și conținutul de umiditate natural sau de echilibru al cărbunelui poate crește până la 15% sau chiar mai mult.

Umiditatea este un adulterant care scade puterea calorică sau de încălzire a cărbunelui. În cazul în care cărbunele este vândut în greutate, menținerea conținutului ridicat de umiditate prin udarea cu apă este adesea practicată de dealerii necinstiți. Volumul și aspectul cărbunelui se modifică cu greu prin adăugarea de apă. Din acest motiv, cumpărătorii în vrac de cărbune preferă să cumpere fie în volum brut, de ex. în metri cubi, sau pentru a cumpăra în greutate și a determina prin testul de laborator conținutul de umiditate și ajustați prețul pentru a compensa. Pe piețele mici, vânzarea se face adesea pe bucată.

Este practic imposibil să se prevină umezirea accidentală a cărbunelui în timpul ploii în timpul transportului către piață, dar o bună practică este de a păstra cărbunele sub acoperire chiar dacă a fost cumpărat pe bază de volum, deoarece apa pe care o conține trebuie evaporată la ardere și reprezintă o pierderea directă a puterii de încălzire. Acest lucru se întâmplă deoarece apa evaporată trece în conducta de fum și este rareori condensată pentru a renunța la căldura pe care o conține pe obiectul care este încălzit în sobă.

Specificațiile de calitate pentru cărbune limitează de obicei conținutul de umiditate la aproximativ 5-15% din greutatea brută a cărbunelui. Conținutul de umiditate este determinat prin uscarea la cuptor a unei probe cântărite de cărbune. Se exprimă ca procent din greutatea umedă inițială.

Există dovezi că cărbunele cu un conținut ridicat de umiditate (10% sau mai mult) tinde să se spargă și să producă fine atunci când este încălzit în furnal, făcându-l nedorit în producția de fontă brută.

Substanța volatilă, alta decât apa din cărbune, cuprinde toate acele reziduuri lichide și gudronate care nu sunt îndepărtate complet în procesul de carbonizare. Dacă carbonizarea este prelungită și la o temperatură ridicată, atunci conținutul de substanțe volatile este scăzut. Când temperatura de carbonizare este scăzută și timpul în cuptor este scurt, atunci conținutul de materie volatilă crește.

Aceste efecte se reflectă în randamentul de cărbune produs dintr-o greutate dată de lemn. La temperaturi scăzute (300 ° C) este posibil un randament de cărbune de aproape 50%. La temperaturi de carbonizare de 500-600 ° C volatilele sunt mai mici și randamentele de retort de 30% sunt tipice. La temperaturi foarte ridicate (în jur de 1000 ° C), conținutul volatil este aproape zero și randamentele scad la aproape 25%. După cum sa menționat mai devreme, cărbunele poate reabsorbi gudroanele și acizii piroligne din spălarea ploii în arderea groapelor și procese similare. Astfel, cărbunele ar putea fi bine ars, dar ar avea un conținut ridicat de materie volatilă datorită acestui factor. Acest lucru determină o variație suplimentară a cărbunelui ars în groapă în climatul umed. Acizii resorbiți fac cărbunele coroziv și duc la putrezirea sacilor de iută - o problemă în timpul transportului. De asemenea, nu arde curat.

Materia volatilă din cărbune poate varia de la un nivel ridicat de 40% sau mai mult până la 5% sau mai puțin. Se măsoară prin încălzirea departe de aer, o probă cântărită de cărbune uscat la 900 ° C până la greutate constantă. Pierderea în greutate este materia volatilă. Materia volatilă este de obicei specificată fără conținut de umiditate, adică materie volatilă - umiditate sau (V.M. - umiditate).

Cărbunele volatil ridicat este ușor de aprins, dar poate arde cu o flacără de fum. Cărbunele volatil scăzut este greu de aprins și arde foarte curat. Un cărbune comercial bun poate avea un conținut net de materie volatilă (fără umiditate) de aproximativ 30%. Cărbunele cu conținut volatil ridicat este mai puțin friabil decât cărbunele obișnuit cu un conținut redus de volatil și, astfel, produce mai puține amenzi în timpul transportului și manipulării. De asemenea, este mai higroscopic și are astfel un conținut mai mare de umiditate naturală.

Conținutul fix de carbon al cărbunelui variază de la un nivel scăzut de aproximativ 50% la un nivel ridicat sau de aproximativ 95%. Astfel cărbunele constă în principal din carbon. Conținutul de carbon este de obicei estimat ca o „diferență”; adică toți ceilalți constituenți sunt deduși din 100 ca procente și restul se presupune că este% din carbon "pur" sau "fix". Conținutul fix de carbon este cel mai important component în metalurgie, deoarece carbonul fix este responsabil pentru reducerea oxizilor de fier ai minereului de fier pentru a produce metal. Însă utilizatorul industrial trebuie să găsească un echilibru între natura friabilă a cărbunelui cu carbon fix ridicat și rezistența mai mare a cărbunelui cu un carbon fix mai redus și un conținut mai mare de materie volatilă pentru a obține o funcționare optimă a furnalului.

Cenușa este determinată prin încălzirea unei probe cântărite la căldură roșie cu acces de aer pentru a arde toate materiile combustibile. Acest reziduu este cenușa. Este materie minerală, cum ar fi argila, siliciu și oxizi de calciu și magneziu etc., prezentă în lemnul original și preluată ca contaminare de pe pământ în timpul procesării.

Conținutul de cenușă al cărbunelui variază de la aproximativ 0,5% la mai mult de 5%, în funcție de specia de lemn, de cantitatea de scoarță inclusă în lemn în cuptor și de cantitatea de contaminare cu pământ și nisip. Cărbunele forfetar de bună calitate are de obicei un conținut de cenușă de aproximativ 3%. Cărbunele fin poate avea un conținut foarte ridicat de cenușă, dar dacă materialul mai mic de 4 mm este filtrat, reziduul de plus 4 mm poate avea un conținut de cenușă de aproximativ 5-10%. Cumpărătorii suspectează în mod natural cărbune fin și este dificil să-l vândă (și să-l folosească, din păcate).

Pentru a ilustra gama de compoziții găsite în cărbunele comercial Tabelul 7 prezintă compoziția probelor aleatorii de cărbune din diferite tipuri de păduri și diferite tipuri de sisteme de carbonizare. În general, toate lemnele și toate sistemele de carbonizare pot produce cărbuni care se încadrează în limitele comerciale.

Tabelul 8 înregistrează variațiile în compoziția cărbunelui găsite în încărcătura furnalului la o fabrică mare de fier de cărbune la Minas Gerais din Brazilia. Toate aceste cărbuni au fost realizate folosind cuptoare de cărămidă tip stup. Lemnul folosit a fost fie specii mixte din pădurile naturale din regiune, fie lemn de eucalipt din plantații.

Tabelul 7. Unele analize tipice de cărbune

Metoda de producție a speciilor de lemn

Conținutul de umiditate%

Materie volatilă - m.c./%

Densitate în vrac kg/m2 brut

Densitatea în vrac pulverizată kg/m2

Puterea calorică brută KJ/kg
Cuptor uscat

Combustibil pulverizat pentru cuptoare rotative 1 /

Combustibil pulverizat pentru cuptoare rotative 1 /

Combustibil pulverizat pentru cuptoare rotative 1 /

Lemn de esență tropicală mixt

Amenzi de cărbune de calitate inferioară 1 /

Lemn de esență tropicală mixt

Cărbune intern 1 /

Eșantion bine ars 1 /

Probă moale arsă

Cuptor portabil din oțel

Coji de cocos

Cuptor portabil din oțel

Eucalipt Saligna

Tabelul 8. Caracteristicile cărbunelui pentru furnale în Brazilia

Compoziția chimică și fizică a basului uscat cu cărbune - în greutate

Media anuală

Cărbunele considerat bun până la excelent

Materie volatilă

Densitatea în vrac - după cum sa primit (kg/m³)

Densitatea în vrac - uscată

Dimensiune medie (mm) - așa cum a fost primit

Conținut de pini - după cum s-a primit (-6,35 mm)

Conținut de umiditate - așa cum a fost primit

Intervalele și mediile anuale se referă la cărbunele folosit de Belgo Mineira. Acesta este un amestec de 40% cărbune de eucalipt produs în cuptoare operate de companie și 60% cărbune de lemn natural eterogen fabricat de cuptoare cu funcționare privată. Cărbunele „bun până la excelent” se referă la cel produs din lemn de eucalipt în cuptoarele companiei.

Proprietățile descrise până acum sunt denumite proprietăți chimice, dar proprietățile fizice, în special pentru cărbunele industrial, nu sunt mai puțin importante. Proprietățile fizice au o mare importanță în industria fierului cu cărbune. Cărbunele este cea mai scumpă materie primă din încărcătura pentru furnal. Proprietățile fizice ale cărbunelui influențează producția furnalului, în timp ce proprietățile chimice sunt mai mult legate de cantitatea de cărbune necesară pe tonă de fier și de compoziția fierului sau a oțelului finit. (1).

Cărbunele pentru furnal trebuie să fie puternic comprimat pentru a rezista la sarcina zdrobitoare a încărcăturii sau „sarcinii” furnalului. Această rezistență la comprimare, întotdeauna mai mică decât rivalul cărbunelui, cocsul metalurgic fabricat din cărbune, determină înălțimea practică și, prin urmare, eficiența și puterea furnalului. Capacitatea de a rezista la fracturare atunci când este manipulată este importantă pentru a menține permeabilitatea constantă a încărcăturii cuptorului la explozia de aer, care este vitală pentru menținerea productivității cuptorului și a uniformității operațiunilor.

Au fost dezvoltate diferite teste pentru a măsura rezistența la fracturi; o proprietate destul de dificil de definit în termeni obiectivi. Aceste teste se bazează pe măsurarea rezistenței cărbunelui la spargere sau spargere, permițând ca o probă să cadă de la o înălțime pe o podea din oțel solidă sau prin zgomotul unei probe într-un tambur pentru a determina dimensiunea defecțiunii după un timp specificat. Rezultatul este exprimat ca procentaj de trecere și reținut pe diferite ecrane de dimensiuni. Cărbunele cu rezistență slabă la spargere va produce un procent mai mare de amenzi atunci când o probă este testată. Cărbunele fin nu este de dorit în furnal, deoarece blochează fluxul de aer explodat în cuptor. Cărbunele fragil poate fi, de asemenea, zdrobit de greutatea încărcăturii și poate provoca blocaje.

Cărbunele de lemn este o materie primă importantă pentru cărbunele activ. Acest produs este dincolo de sfera acestui manual, dar unele date ar putea fi utile în cazul în care producătorii de cărbune vând cărbune pentru a fi transformat în cărbune activat de fabricile specializate.

După cum este produs, cărbunele normal din lemn nu este un material de adsorbție foarte activ, nici pentru lichide, nici pentru vapori, deoarece structura sa fină este blocată de reziduurile gudroase. Pentru a transforma cărbunele în „activat” această structură trebuie deschisă prin îndepărtarea reziduurilor de gudron. Cea mai utilizată metodă de astăzi constă în încălzirea cărbunelui brut pulverizat într-un cuptor la căldură roșie redusă într-o atmosferă de abur supraîncălzit. Aburul împiedică arderea cărbunelui prin excluderea oxigenului. Între timp, gudronele volatile pot fi distilate și sunt transportate cu aburul, lăsând structura porilor deschisă. Cărbunele tratat este scurs în recipiente închise și lăsat să se răcească. Cuptoarele de activare sunt de obicei continue, adică cărbunele praf trece în mod continuu în cascadă prin cuptorul fierbinte din atmosfera de aburi.

După activare, cărbunele este testat conform specificațiilor de calitate pentru a determina puterea sa de decolorare, prin adsorbție, soluții apoase precum suc de zahăr brut, vin de rom și așa mai departe; uleiuri precum uleiul vegetal și pentru a absorbi solvenți precum acetat de etil în aer. Puterea adsorbtivă tinde să fie specifică. Calitățile sunt făcute pentru soluții apoase, altele pentru uleiuri și altele pentru vapori. Testele măsoară puterea adsorbtivă. Există mici diferențe în produsul finit realizat din cărbuni bruti de origine diferită, dar, în general, toate sunt utilizabile dacă sunt arse corespunzător. Un cărbune de bază bun pentru fabricarea cărbunelui activ poate fi realizat din lemnul de Eucalyptus grandis în cuptoare de tip cărămidă.

Cărbunele pentru adsorbția gazelor și vaporilor este obținut de obicei din cărbune de cocos. Acest cărbune are o putere adsorbtivă ridicată și rezistă la pulverizarea în echipamentul de adsorbție - un factor foarte important.

Având în vedere cărbunele de bună calitate, acesta trebuie totuși ars eficient pentru a produce cele mai bune rezultate. Acest lucru este valabil mai ales în uz casnic, unde cea mai mare parte a cărbunelui este ars. Cuptoarele industriale pentru arderea cărbunelui, cum ar fi furnalele, cupolele, cuptoarele de sinterizare și așa mai departe, sunt de obicei proiectate și operate eficient. Nu vor fi discutate aici. Principala utilizare a cărbunelui în gospodăriile din lumea în curs de dezvoltare este încălzirea apei fie pentru a găti alimente, fie pentru a furniza apă caldă pentru spălare etc. Unele alimente sunt gătite prin încălzire directă fără scufundare în apă, cum ar fi atunci când porumbul sau carnea sunt prăjite. Un sistem de gătit ar fi 100% eficient dacă toată căldura degajată prin arderea combustibilului ar fi preluată de mâncarea gătită. În practică, acest lucru este departe de a fi cazul. Un rezultat tipic pentru echipamentele bine proiectate și operate este o eficiență de aproximativ 30%, adică 70% din căldura scapă inutil. Într-un climat rece, o parte din această căldură reziduală poate fi captată și utilizată pentru a încălzi aerul camerei, îndeplinind astfel o funcție utilă care crește eficiența generală.

Cărbunele reacționează cu oxigenul aerului la o căldură roșie strălucitoare pentru a forma monoxid de carbon incolor, care apoi arde cu o flacără albastră cu mai mult oxigen din aer pentru a produce dioxid de carbon gazos. Datorită căldurii eliberate de ambele reacții, cărbunele atinge un roșu strălucitor și radiază energie termică, iar gazul fierbinte de dioxid de carbon părăsește zona de ardere, sperăm că renunță prin convecție la cea mai mare parte a căldurii sale prin contactul fizic direct cu vasul de gătit. Temperatura gazului scade pe măsură ce transferă căldură și trece în cameră. Fluorile nu sunt de obicei utilizate cu cărbune, deoarece arderea sa este relativ inodoră și fără fum în comparație cu lemnul sau cărbunele. Gazul monoxid de carbon ars poate fi degajat prin arderea cărbunelui. Este foarte otrăvitor și aerisirea încăperilor în care arde cărbune este esențială.

Faptul că cărbunele poate fi ars într-o sobă portabilă compactă care nu necesită fum, este unul dintre cele mai importante atribute ale sale și explică popularitatea sa răspândită, în special în orașe și în zonele construite. Chiar dacă este mai eficient din punct de vedere energetic, pentru o țară, să se străduiască să folosească lemnul ars eficient pentru gătit, mai degrabă decât să-l transforme mai întâi în cărbune, o astfel de politică este dificil de pus în aplicare. În prezent, pentru majoritatea oamenilor care ard cărbune, schimbarea în lemn este dificilă. Un aragaz pe lemne cu un fum este costisitor. Aragazul în sine poate fi din pământ împânzit și nu poate costa nimic, dar un fum de metal poate costa 10 USD sau mai mult. Pentru cei care locuiesc în locuințe urbane înghesuite, instalarea canalelor arse poate fi imposibilă, iar caracteristicile fără poluare ale combustibilului pe cărbune sunt convingătoare în aceste cazuri.

Factorii importanți menționați în unitățile eficiente, bine proiectate, domestice, de ardere a cărbunelui pot fi rezumate după cum urmează:

Proiectul prezentat în fig. 12 este doar unul dintre multe. Dar toate modelele bune aderă la principiile enumerate în această secțiune. Merită subliniat faptul că obiectivul este eficiența maximă la un cost minim, altfel echipamentul nu va fi utilizat.

FIG. 12. Soba de bucătărie cu cărbune, de design bun