Как горит каменный уголь: Виды угля: какое топливо эффективней?

Виды угля: какое топливо эффективней?

Уголь – это органическое вещество, которое образовалось из растительных остатков. Под воздействием давления и температур залежи торфа на протяжении целых веков превращались в породу. Сначала — в бурый уголь, затем — в каменный уголь, который трансформировался в антрацит.

На каждой стадии уголь меняет свои характерные свойства, которые напрямую влияют на его качество. В чём принципиальные отличия каждого вида?

Бурый уголь

Бурый уголь — самая молодая твёрдая горная порода, которая образовалась около 50 млн лет назад из торфа или лигнита. По своей сути, это «недозревший» каменный уголь.

Это полезное ископаемое получило своё название из-за цвета – оттенки варьируются от буро-рыжего до чёрного. Бурый уголь считается топливом низкой степени углефикации (метаморфизма). Он содержит в себе от 50% углерода, но также много летучих веществ, минеральных примесей и влаги, поэтому гораздо легче горит и даёт больше дыма и запаха гари.

В зависимости от влажности, бурый уголь делят на марки 1Б (влажность более 40%), 2Б (30-40%) и 3Б (до 30%). Выход летучих веществ у бурых углей составляет до 50%.

Фото: miningwiki.ru

При продолжительном контакте с воздухом бурый уголь имеет свойство терять структуру и растрескиваться. Среди всех видов угля он считается самым некачественным топливом, так как выделяет куда меньше тепла: теплота сгорания составляет всего 4000 — 5500 ккал\кг.

Бурый уголь залегает на небольших глубинах (до 1 км), поэтому его гораздо легче и дешевле добывать. Однако в России как топливо он применяется намного реже, чем каменный уголь. Из-за низкой стоимости бурому углю всё же отдают предпочтение некоторые мелкие и частные котельные и ТЭЦ.

В России крупнейшие месторождения бурого угля располагаются в Канско-Ачинском бассейне (Красноярский край). В целом участок обладает запасами почти в

640 млрд т (около 140 млрд т пригодны для разработки открытыми способом).

Богато запасами бурого угля и единственное угольное месторождение в Алтае – Солтонское. Его прогнозируемые запасы составляют 250 млн т.

Около 2 трлн т бурого угля таит в себе Ленский угольный бассейн, расположенный на территории Якутии и Красноярского края. Кроме того, этот вид полезного ископаемого нередко залегает вместе с каменным углём – так, его также получают на месторождениях Минусинского и Кузнецкого угольных бассейнов.

Каменный уголь

Куда большую популярность в топливной энергетике имеет каменный уголь. Он намного старше бурого угля – возраст каменных отложений составляет порядка 350 млн лет. Каменный уголь куда более крепкое, твёрдое и тяжёлое полезное ископаемое, которое обычно залегает на глубинах от 2 км.

В этой горной породе чёрного цвета с матовым блеском содержится 75-95% углерода и при этом всего 5-6% влаги. За счёт высокой теплоты сгорания — около 5500-7500 ккал\кг — каменный уголь горит гораздо лучше, чем бурый.

По степени углефикации каменный уголь разделяют на множество разновидностей. Среди марок угля сегодня выделяют длиннопламенный (Д), газовый (Г), жирный (Ж), коксовый жирный (КЖ), коксовый (К), отощённый спекающийся (ОС), тощий (Т) и антрацит (А).

Все подвиды каменного угля отличаются степенью выхода летучих веществ, элементарным составом, теплотой сгорания, объёмным весом и выходом летучих веществ. Например, у каменных углей марок Г и Д выход летучих веществ составляет 30-50%, марок Т – 13%, А – 2-9%.

В тощих углях много углеродов, но мало летучих веществ и битумов. К газовым и жирным относятся угли с большим содержанием летучих веществ. А коксовые угли имеют наибольшую теплоту сгорания – свыше 8 тысяч ккал/кг.

Территория России изобилует количеством каменноугольных бассейнов, рассредоточенных в самых разных регионах. Главные «угольные» точки находятся в Минусинском, Кузнецком, Ленском, Тунгусском, Таймырском, Печорском, Южно-Якутском и Буреинском бассейнах.

Так, на территории Минусинского бассейна залегает около 2,7 млрд т каменного угля. А в Кузнецком угольном бассейне хранится порядка 61,6 млрд т разведанных запасов углей.

Также к крупнейшим месторождениям каменного угля причисляют Эльгинское месторождение в Якутии: его запасы составляют порядка 2,2 млрд т. Ещё одно месторождение – Элегестское (Тува) – обладает запасами в около 20 млрд т.

Антрацит

Наивысшей степенью углефикации обладает антрацит – конечная стадия сформирования угля. Все процессы гниения торфяных отложений завершены, каждый слой горной породы полностью спрессован, поэтому и вещества максимально сконцентрированы.

Антрацит легко отличить от других видов угля благодаря ярко выраженному чёрному цвету с металлическим блеском. Он обладает хорошей электропроводностью, имеет большую вязкость и практически не спекается.

Этот вид угля практически лишён влаги (не более 1-3%) и минеральных примесей, зато содержит много углерода (около 94%). Такие свойства обеспечивают очень высокую удельную теплоту сгорания — 8100-8350 ккал/кг. Выход летучих веществ колеблется от 3 до 4 %.

Чтобы поджечь антрацит, нужно постараться: он загорается только при температурах 600-700˚С, но в случае успеха не даёт дыма и горит почти без пламени (в отдельных случаях вообще без него). Кроме того, продукты сгорания данного топлива не имеют запаха.

В основном антрацит залегает на глубинах 6 км. Это довольно редкое полезное ископаемое: его доля среди мирового запаса угля составляет около 3%.

Россия занимает первое место по запасам антрацитов. Он залегает в следующих угольных бассейнах: Кузнецком, Таймырском, Грушевском, Тунгусском. Также эти полезные ископаемые обнаружены на Урале и в Магаданской области.

Как определить зольность?

Самой важной характеристикой угля является зольность – процентное содержание негорючего остатка (золы), образуемого из минеральных примесей топлива после его полного сгорания. С учётом зольности разработаны методы оценки эффективности обогащения угля, а также формируются цены на топливо.

Зольность измеряется в процентах от общей массы угля. Чем она выше, тем ниже теплота сгорания и, соответственно, качество угля. Поэтому именно зольность угля определяет его пригодность к использованию в качестве топлива. Так, уголь с 25-процентной зольностью относят к высокосортному, низкосортным считается уголь с показателем от 40%.

Определение зольности угля осуществляется одним стандартным методом: топливо полностью сжигают, потом проводят прокаливание зольного остатка до постоянной массы и непосредственно определяют её долю относительно изначальной массы топлива.

При сгорании углей проходит несколько этапов процесса превращения минеральных компонентов в золу. Все реакции проходят с разной скоростью и в разных температурных условиях. Масса и состав полученной золы разнятся в каждом отдельном озолении, поэтому точно определить зольность каждого вида угля в отдельности невозможно.

То же самое можно сказать и об остальных свойствах каменного, бурого угля или антрацита: они определяются целым рядом факторов, поэтому за основу берутся лишь усреднённые параметры.

Сжигание угля — свойства, характеристики

 

Свойства и характеристики угля

     Уголь — это горючая осадочная порода растительного происхождения, состоящая в основном из углерода и ряда других химических элементов.
     Состав угля зависит от возраста: самый молодой — бурый уголь (марка 1Б по свойствам ближе к древесине, 3Б — к каменному углю), затем идет каменный уголь, старше всех антрацит. По мере старения происходило концентрирование углерода и уменьшение содержания летучих составляющих, в частности, влаги. Так, бурый уголь имеет влажность 30–40%, более 50% летучих компонентов, у антрацита оба показателя составляют 5–7%.

     Кроме основных компонентов, уголь содержит «породу»: различные негорючие золообразующие добавки. Наличие породы уменьшает удельную теплоту сгорания угля, увеличивает износ механизмов котла, затрудняет углеподготовку (дробление угля до нужной фракции). В зависимости от сорта и условий добычи зольность может различается очень сильно. Так, зольность кузбасского каменного угля 15-17%, бурого балахтинского (Красноярский край) менее 10%, но в России встречаются угли с зольностью до 30-35%.
     Зола является вредным отходом, загрязняющим окружающую среду, и подлежит утилизации на специальных полигонах. Для удобства вывоза зольник в Термороботе сделан съемным, транспортабельным.
     Есть также «зола уноса«, определяющая экологические показатели котла, ее количество учитывается при экологической экспертизе проекта котельной. Выброс пыли зависит от сорта угля, мощности и конструкции котла.
     Важным показателем угля является температура плавления золы, зависящая от химического состава породы в конкретном угле, она определяет спекаемость (шлакование) угля в топке котла.

     Есть еще один вредный компонент угля — сера. При сжигании серы образуются ее окислы, которые, взаимодействуя с водой, превращаются в серную кислоту. Она загрязняет окружающую среду и дает кислотный конденсат, разрушающий элементы котла. Содержание серы обычно находится в пределах 0,1-1%.

     Основной показатель топлива — удельная теплота сгорания. В сертификатах указывают «

высшую» и «низшую» теплоту сгорания. При выборе угля и при оценке КПД котла следует обращать внимание на низшую теплоту, обозначаемую в сертификатах Q_i^r . У бурого угля ее значение составляет 3000-5000, у рядового каменного угля 5000-5500 ккал/кг. В справочниках можно встретить значение 7000 ккал/кг, это относятся к угольному концентрату («условное топливо»), на обычных угольных складах таким углем не торгуют.

     Плотность угля — от 1 до 1,7 т/м³ в зависимости от содержания минеральных веществ, но в практических расчетах следует пользоваться «насыпной плотностью«. Для рекомендованного нами балахтинского угля 3Б она составляет 0,8 т/м³ (бункер котельной Терморобот-300 объемом 5 м³ вмещает 4 тонны угля). Насыпная плотность сортового каменного угля около 0,85 т/м³.
 

Как горит уголь

     Уголь содержит 2 горючих компонента: летучие вещества и твердый коксовый остаток. Конструкция котла должна обеспечить полное сжигание обоих компонентов угля. Механический или химический недожог очень сильно снижает КПД котла и его экологические показатели.

     На первом этапе горения происходит газификация угля: из него выделяются летучие вещества; при достатке кислорода они быстро сгорают, давая длинное пламя. Затем выгорает коксовый остаток; интенсивность и температура его горения зависит от вида угля (бурый, каменный, антрацит): чем выше степень углефикации (самая высокая она у антрацита), тем выше температура воспламенения и теплота сгорания, но ниже интенсивность горения.

Уголь марок Б, Д, Г
     Из-за высокого содержания летучих веществ такой уголь быстро разгорается и быстро сгорает. Уголь этих марок доступен и пригоден почти для всех видов котлов, но для полного сгорания этот уголь должен подаваться маленькими порциями, чтобы выделяющиеся летучие вещества успевали полностью соединяться с кислородом воздуха (так, в котлах Терморобот ТР-200, ТР-300 уголь подается почти непрерывно). Полное сгорание угля характеризуется желтым пламенем и прозрачными дымовыми газами; неполное сгорание летучих веществ дает багровое пламя и чёрный дым.
 

Уголь марок СС, Т, А
     Разжечь такой уголь труднее; он горит долго и выделяет много тепла; его можно загружать большими партиями, так как в нем горит в основном коксовый остаток, нет массового выделения летучих веществ. Очень важен режим поддува: при недостатке воздуха горение происходит медленно, возможно угасание, либо, напротив, чрезмерное повышение температуры, приводящее к прогоранию котла. В Термороботе при использовании углей СС и Т резко (на 30-50%) снижается мощность котла, это следует учитывать при выборе мощности котла. Использование в Термороботе угля А (антрацита) не допускается.

Температура горения дров и угля — что горит лучше. Жми!

Определение вида топлива, необходимого для печи, зависит от множества факторов.

Одним из них является количество тепла, выделяемого при сгорании.

В качестве горючего материала используются уголь, древесина, торф, топливные брикеты.

 

Особенности разных видов топлива

Рассмотрим два основных, наиболее распространенных, вида твердотопливного сырья — дрова и уголь.

Дрова содержат значительное количество влаги, поэтому сначала происходит испарение влаги, на что потребуется определенное количество энергии. После испарения влаги начинается интенсивное горение дров, но, к сожалению, процесс длится недолго.

Поэтому, чтобы его поддерживать, требуется регулярное подкладывание дров в топку. Температура возгорания древесины составляет около 300°С.

По количеству выделяемого тепла и длительности горения уголь превосходит древесину. В зависимости от возраста ископаемого материала минерал подразделяется на виды:

• бурый;
• каменный;
• антрацит.

Состав топлива разных видов

Бурый уголь относится к молодым залежам, поэтому в нем содержится наибольшее количество влаги (от 20% до 40%), летучих веществ (до 50%) и небольшое количество углерода (от 50% до 70%). Температура горения у него выше, чем дерева, и составляет 350°С. Теплота сгорания — 3500 ккал/кг.

Наиболее распространенным видом топлива является каменный уголь. В нем содержится небольшое количество влаги (13-15%), а содержание горючего элемента углерода превышает 75%, в зависимости от сорта.

Средняя температура возгорания — 470°С. Летучих газов в каменном угле 40%. При сгорании выделяется 7000 ккал/кг.

К самым старым залежам твердотопливного ископаемого относится антрацит, залегающий на значительной глубине. В нем практически нет летучих газов (5-10%), а количество углерода варьируется в пределах 93-97%. Теплота сгорания находится в пределах от 8100 до 8350 ккал/кг.

[advice]Это интересно: температура горения берёзовых углей самая высокая — её достаточно для размягчения и ковки металла в кузнице. Её показатель — 1200-1300°С.[/advice]

Отдельно необходимо отметить древесный уголь. Его получают из древесины путем пиролиза — сжигания при высокой температуре без доступа кислорода. Готовый продукт отличается высоким содержанием углерода (от 70% до 90%). При сжигании древесного топлива выделяется около 7000 ккал/кг.

Об особенностях использования торфяных брикетов можно прочитать в данной статье: https://teplo.guru/kotly/torfyanyie-briketyi.html

Процесс горения

В зависимости от вида и сорта топливо делится на короткопламенное и длиннопламенное. К короткопламенным относится антрацит и кокс, древесный уголь.

При сжигании антрацит выделяет много тепла, но для его розжига требуется обеспечить высокую температуру более легко воспламеняемым топливом, например, дровами. Антрацит не выделяет дыма, горит без запаха, пламя у него низкое.

Длиннопламенные виды топлива сгорают за два этапа. Сначала выделяются летучие газы, которые сгорают над слоем угля в пространстве топки.

После выгорания газов начинает сгорать оставшееся топливо, превратившееся тем временем в кокс. Кокс горит на колосниках коротким пламенем. После выгорания углерода остается зола и шлаки.

Сжигание

Рассмотрим процесс сгорания топлива в обычной печке, которую используют для отопления частных домов. Она состоит из основных частей:

• топки;
• поддувала;
• дымохода с трубой.

Топка соединяется с поддувалом через специальную решетку (колосники), расположенные внизу топки. На колосники укладывается топливо, а из поддувала через колосники воздух поступает в топку.

Формулы горения

Температуры воспламенения разных видов топлива (нажмите для увеличения)

При загорании топлива (дрова, уголь) идет химическая реакция с выделением тепла.

Двуокись углерода вступает в реакцию с углеродом топлива в верхних слоях, образуя окись углерода.

На этом процесс горения не заканчивается, ведь поднимаясь вверх в топочном пространстве, окись углерода вступает в реакцию с кислородом из воздуха, приток которого происходит через поддувало или открытую дверцу топки.

Ее сгорание сопровождается синим пламенем и выделением тепла. Образующийся угарный газ (двуокись углерода) поступает в дымоход и улетает через трубу.

[warning]Полезно знать: когда над топливом исчезают голубые язычки пламени, тогда можно закрыть заслонку дымохода, чтобы тепло не уходило через трубу на улицу.[/warning]

Тление с минимальным притоком кислорода приведет к образованию неядовитой окиси углерода, давая равномерное тепло.

Применение

Основным использованием топлива является его сжигание для выделения тепла. Тепло используется не только для отопления частного дома и приготовления пищи, но и в промышленности для обеспечения технологических процессов, происходящих при высокой температуре.

В отличие от обычной печки, где процесс поступления кислорода и интенсивность горения слабо регулируется, в промышленных печах особое внимание уделяется контролю над подачей кислорода и поддержанием равномерной температуры горения.

Рассмотрим основную схему сгорания угля.

1. Идет нагревание топлива и испарение влаги.
2. С ростом температуры начинается процесс коксования с выделением летучих коксовых газов. Сгорая, он дает основное тепло.
3. Уголь превращается в кокс.
4. Процесс горения кокса сопровождается выделением тепла, достаточного для запуска коксования следующей порции топлива.

В промышленных котлах горение кокса разделяется по разным камерам от горения коксового газа. Это позволяет осуществлять приток кислорода для кокса и газа с разной интенсивностью, добиваясь необходимой скорости горения и поддержания необходимой температуры.

Использование древесного угля

Древесный уголь в быту используется для приготовления мяса на мангале.

Благодаря высокой температуре горения (около 700°С) и отсутствию пламени обеспечивается равномерный жар, достаточный для приготовления мяса без обугливания.

Также его применяют как топливо для каминов, приготовления пищи на небольших печах.

В промышленности его используют как восстановитель при производстве металла. Незаменим древесный уголь при производстве стекла, пластмасс, алюминия.

Изготовить древесный уголь возможно и самостоятельно. Подробности: https://teplo.guru/eko/drevesnyiy-ugol-svoimi-rukami.html

Использование бурого угля

Хотя температура горения и теплоотдача бурого ископаемого меньше, чем каменного, его также используют для отопления и приготовления пищи.

Это объясняется его низкой стоимостью.

Но более широко применяется бурый уголь для переработки и получения различных химических веществ: полукокса, горного воска, сажи, бензина.

Принцип работы и преимущество угольных котлов рассмотрены здесь: https://teplo.guru/kotly/tverdotoplivnye/ugolnye-kotly-otopleniya.html

О горении бурого угля смотрите следующее видео:

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Бурый или каменный: какая разница, чем топить ТЭЦ?

Чем лучше топить ТЭЦ, бурым или каменным углем? Дискуссии на эту тему бесконечны. Поэтому мы решили узнать, как образуется бурый и каменный уголь, а также по каким характеристикам угольные тепловые электростанции выбирают, какое топливо можно использовать на ТЭЦ?

Уголь — органическое вещество, которое образовалось под воздействием давления и температур из залежей торфа. Сначала торфяные останки трансформировались в бурый уголь, потом — в каменный, затем — в антрацит.

Схема трансформации торфа в уголь различных видов
Скачать

Если схему трансформации угля перевернуть, можно представить, как расположены угольные слои в разрезе. Но если это всего лишь разновидности одной горной породы, то есть ли разница для ТЭЦ, что сжигать? Конечно, есть.

  Скачать

Для любого углеродного топлива, в том числе угля,

важны такие характеристики, как доля углерода в его составе и количество тепла, которое выделится, когда он сгорит.

Несмотря на то что лучше всего горит каменный уголь, бурый уголь используют на ТЭЦ из-за пониженной зольности. Чем меньше золы образуется при горении угля, тем чище выбросы ТЭЦ в атмосферу
Скачать

Второй критерий, который определяет, какой уголь сжигать на ТЭЦ, — расстояние от места добычи, шахты или разреза, до ТЭЦ и способ его транспортировки. На все новосибирские ТЭЦ уголь попадает с добывающих предприятий напрямую в вагонах по железнодорожным путям.

Третий критерий — содержание влаги и характеристики угольной пыли. Чем больше влаги, тем больше усилий нужно, чтобы перемолоть уголь в пыль. Особенно в зимний период, потому что такой уголь сильнее смерзается в мороз, чем сухой, и ТЭЦ тратит больше топлива для испарения влаги из него. Характеристики угольной пыли необходимо знать, чтобы понять, не повредит ли она очистительное оборудование в ходе технологического процесса. В целом особенности угля (его марка и пр.) обязательно учитываются при выборе очистительного оборудования для ТЭЦ. И новосибирские тепловые электростанции в данном случае не исключение. 

Скачать

Бурый уголь — самый твердый и самый влажный вид угля. Он содержит 30–40% влаги. Он быстро окисляется и растрескивается на открытом воздухе, при этом теряет свою теплотворную способность. Чтобы предотвратить этот процесс, на ТЭЦ тщательно укатывают угольные кучи на складах, перекрывая доступ воздуха к внутренним слоям угля.

Из-за повышенного содержания кальция в буром угле зола и шлаки, которые образуются в процессе сжигания, формируют прочные отложения. А если продукты распада бурого угля контактируют с водой, то отложения образуются в два раза быстрее. Потому бурый уголь используют на ТЭЦ, где изначально было установлено оборудование для такого угля. В Новосибирске это — ТЭЦ-3 и ТЭЦ-5. На данных станциях дымовые газы от бурого угля очищают без применения воды — с помощью электрофильтров, а поверхности нагрева котлов — при помощи паровых аппаратов обдувки.

Карта месторождений бурого угля
Скачать

Каменный уголь более мягкий, в нем всего 5–6% влаги, еще в нем меньше кальция, а значит, почти нет отложений внутри котла. При контакте с водой ни шлаки, ни зола, ни взвеси дымовых газов не затвердевают, поэтому для очистки на станциях возможно использовать, например, очистительное оборудование на основе воды, эмульгаторы и скрубберы, а также выводы золы с помощью водных потоков. Такое оборудование установлено на новосибирских ТЭЦ-2 и ТЭЦ-4.

Карта крупнейших месторождений каменного угля
Скачать

Антрацит — заключительный этап формирования угольной породы, поэтому в нем максимально сконцентрированы различные вещества. Несмотря на самую высокую горючесть, он загорается только при температурах +600…+700 °С и имеет большую вязкость. К тому же стоимость антрацита крайне высока: он в сотню раз дороже, чем каменный уголь. Поэтому в качестве топлива для ТЭЦ он практически не используется.

Мы узнали, как формируется уголь, сравнили все стадии этого процесса. Но так и не ответили на вопрос: какой уголь лучше для работы ТЭЦ и экологии города? По нормам федеральных надзорных органов в области энергетики, согласно ГОСТам, на угольных ТЭЦ Сибири разрешено сжигать только определенные сорта каменного и бурого угля. Каждый из которых, кстати, имеет свои плюсы и минусы, они компенсируют друг друга. Поэтому не так важно, какой из разрешенных по ГОСТам вид угля сжигает ТЭЦ. Более значимый фактор, насколько успешно ТЭЦ очищает дымовые газы и обращается с продуктами сжигания угля. Например, электрофильтры, эмульгаторы и скрубберы новосибирских ТЭЦ имеют высокую степень очистки  дымовых газов — от 96,0 до 99,2%. 

Помни: уголь может самовозгораться!

Информация о материале

Опубликовано: 29 июля 2020

У каменного угля есть  серьезный минус — свойство самовозгораться. То есть воспламеняться в результате непрерывно развивающихся окислительных реакций в самом этом веществе. Чаще всего подобное случается возникают с измельченным, а также влажным углем.

Под самовозгоранием углей понимают их воспламенение в результате самонагревания. Главной причиной самовозгорания углей является адсорбция ими кислорода и повышение температуры за счет длительного протекания в угле химических реакций с образованием продуктов окисления, полуокисления и т.п.

На территории Славгородского района и города Славгород в июле текущего года произошло несколько  случаев самовозгорания угля.  При покупке угля следует у поставщика требовать сертификат качества.

Во избежание случаев самовозгорания топлива следует неукоснительно соблюдать условия его хранения:

• защитить сухое место хранения угля от воздействия солнечных лучей, прикрыв его несгораемым материалом;
• не допускать загрязнения мест хранения угля древесными отходами;
• не размещать новый уголь вместе с прошлогодними остатками, нельзя перемешивать разные сорта;
• нельзя хранить уголь над подземными коммуникациями и сооружениями;
• складирование должно проводиться равномерно, послойно для ограничения доступа воздуха внутрь штабеля с углем;
• при длительном хранении штабель покрывают плотной коркой глины толщиной не менее 5 см, которую в летнее время необходимо опрыскивать 5-10-% раствором извести.

В летнее время внешними признаками очагов самовозгорания служат появление на поверхности угля невысыхающих влажных пятен (или исчезающих с восходом солнца), белых отметин, пропадающих с началом дождя, озолившихся кусков, искрение в ночное время.

При обнаружении очагов самовозгорания угля с температурой 60 градусов его необходимо перелопатить, складывая на свободном месте в отдельные штабеля высотой не более 50 сантиметров. Кроме того, нагретое топливо нужно удалить из куч, залить очаг горения водной 3-4-процентной суспензией гашеной извести.

Склонность угля к самовозгоранию зависит и от интенсивности притока кислорода из атмосферы воздуха, характера затрудненности отдачи тепла в окружающую среду. Если выделяющееся тепло не рассеивается с достаточной быстротой в окружающее пространство, то температура может достичь такого предела (80° — 90°С), что уголь загорится.

Длиннопламенные угли

Длиннопламенный уголь – каменный уголь марки «Д», согласно классификации каменного угля по маркам.

В течение многих миллионов лет на Земле происходят процессы преобразования растительных остатков в то или иное полезное ископаемое. Изначально из этих остатков образуется торф, потом, вследствие давления воды, слоев грунта, отсутствия кислорода, повышенной температуры, он трансформируется в бурый уголь, а затем и в каменный. В каменном угле также происходит процесс метаморфизма, то есть изменения. Связаны они с изменениями в количестве содержащейся в нем влаги, летучих веществ, углерода, от которых зависит, как активно будет гореть уголь. Также меняется и содержание такого компонента угля как витринит (от латинского «стекло»). Витринит образуется из стволов, пней, листьев и ветвей деревьев при переходе торфа в состояние угля при постоянном погружении в воду. Таким образом и формируется такой вид или марка каменного угля, как длиннопламенный, имеющий определенный химический состав и свойства.

Согласно статистическим данным, доказанные запасы каменного угля в России составляют примерно 49088 млн.т. Запасы же длиннопламенного угля равны не менее 50 % от общего запаса. Длиннопламенный уголь преобладает в Минусинском угольном бассейне, который расположен в Минусинской котловине в республике Хакассия. Добыча угля здесь была начата в 1904 году, а запасы угля составляют 2,7 млрд.т. Наиболее крупные месторождения – Изыхское и Черногорское. Славится длиннопламенным углем и Кузнецкий угольный бассейн, в частности месторождение Ерунаковское. Также недавно в с. Костенково Кемеровской области были обнаружены уникальные залежи длиннопламенного угля, который находится на небольшой глубине. Уже сейчас ведется его добыча на нескольких разрезах. В российской части Донецкого каменноугольного бассейна расположено около 2 млрд.т. длиннопламенного угля. На Дальнем Востоке запасы длиннопламенного угля составляют около 90 млн.т. Также богаты таким видом каменного угля Тунгусский, Иркутский, Южно-Якутский и другие бассейны. Большие запасы находятся и в Карагандинской области, в частности на угольном разрезе Жалын. Длиннопламенный уголь, по данным экспертов, на данном этапе – самый востребованный и перспективный вид угля.

Добыча длиннопламенного угля в вышеперечисленных источниках ведется как открытым образом с помощью разрезов, так и закрытым, шахтным способом. Способ добычи зависит это от глубины залегания пластов.

Длиннопламенный уголь – полезное ископаемое класса каменных углей. Состоит из высокомолекулярных соединений и имеет определенный химическо-вещественный состав.

Углерод	70-80 %
Сера	0,5-1 %
Зола	24-30 %
Влага	17,5-19 % (в самом куске угля находится материнская влага, а приобретенная составляет 8 %)
Летучие вещества	В среднем 39-42 %

Удельная теплота сгорания — 5000-7000 Ккал/кг (в среднем 5800 Ккал/кг).

Показатели отражения витринита в длиннопламенном угле начинается от 0,4 % и заканчивается 0,79 %. Цвет длиннопламенного угля обычно серо-черный. Плотность такого угля средняя, равна 1-1,7 г/см³. Он довольно пористый, слоистость четко выражена. На стадии перехода от длиннопламенного угля к жирному может наблюдаться уменьшение пористости, а вследствие понижение упругости и механической прочности. Из-за высокого выхода летучих веществ уголь загорается очень быстро. Горит он длинным коптящим пламенем, что, собственно, и дало название данной марке угля. При горении длиннопламенный уголь не спекается, а его зола не шлакуется.

Как же происходит процесс горения длиннопламенного угля? Под воздействием температуры он нагревается. При этом из угля испаряется влага, которая поднимается в дымоход в виде пара. По мере роста температуры уголь начинает коксоваться и выделяет коксовый газ. Газ этот смешивается с вторичным воздухом (который появляется, когда приоткрывают топочную дверку), сгорает в нем и дает основное тепло. Очень важная деталь – газ должен гореть в области дожигания котла, а не в топочной камере. Потому что, если коксовый газ будет гореть вместе с углем, то последний нагреется слишком сильно и выделит еще определенное количество коксового газа. Следствием же этого будет неуправляемый процесс горения. Поэтому горение угля и горение газа должно происходить отдельно. Далее длиннопламенный уголь, достаточно нагревшись и выделив коксовый газ, превращается в кокс. Кокс, уже догорая, выделяет достаточное количество тепла для того, чтобы совершилось коксование еще одной порции угля. А регулируя подачу воздуха, можно регулировать процесс горения угля и количество вырабатываемого тепла. Тут же нужно сказать, что длиннопламенный уголь – лучшее топливо для печей и котлов любых конструкций. Потому что он легко загорается и не требует принудительной подачи воздуха.

Длиннопламенный уголь классифицируют в соответствии с классификацией по размеру кусков. То есть бывает ДКО (длиннопламенный уголь крупный орех), ДР (длиннопламенный рядовой), ДПК (длиннопламенный, плита крупная – самый универсальный и популярный вид угля), ДОМ (длиннопламенный орех мелкий) и пр. Причем, в каждом классе по крупности немного отличаются качественные характеристики угля (в пределах нескольких процентов). Так, например, у ДПК содержание золы 24,9 %, а у ДОМ уже 28 %.

Активированный уголь

В связи с тем, что длиннопламенный уголь легко горит и не требует поддува, он, как уже было сказано, лучший вид топлива для печей и котлов. Для того, чтобы он разгорелся, требуется минимум дров, что тоже очень экономно. То есть одна из сфер его применения – коммунально-бытовая. Помимо рядового потребителя, им пользуются для отопления котельных. Если в длиннопламенных углях небольшая зольность, то они могут служить сырьем для жидкого топлива и химических продуктов. А также для получения кокса и полукокса. Также длиннопламенные угли служат сырьем для производства специальных углеродных сорбентов и активированных углей, которые используются в фармакологии, для очистки любой жидкости. Но, конечно же, самое перспективное направление для длиннопламенного угля – это отопление. Так, например, Кемеровская область отапливается длиннопламенным углем из добытых запасов Кузнецкого бассейна. Если учесть, что зимой столбик термометра порой опускается ниже -30°С, то эффективность такой марки угля очевидна.

Какой уголь лучше для отопления, характеристики и условия хранения

Некоторые твердотопливные котлы могут работать на любом топливе, но далеко не все. Потому, перед покупкой угля загляните в паспорт своего агрегата. Там должны быть указаны марки, под которые рассчитывался котел. Если такой информации нет, можно пойти методом проб. В большинстве фирм, торгующих этим видом топлива, есть уголь в мешках. Вам нужно будет  взять по мешку разного сорта и фракции,  и попеременно топить каждым из них. Старайтесь использовать одинаковое количество угля и оценивайте такие параметры: количество теплоты, длительность горения и количество зольного остатка. 

Качественные показатели угля

Каменный уголь имеет в своем составе большое количество самых разных составляющих, каждая их которых может повлиять на область использования, что делает контроль качества угля делом совсем не легким. В зависимости от применения рассматривают целый ряд определяющих характеристик. Например, при определении пригодности угля для коксования учитываются более 30 параметров.

Чтобы определить подходит уголь для твердотопливного котла или нет, совсем не обязательно знать все его свойства. Важно знать:

• Калорийность или теплоту сгорания. Этот показатель отражает количество тепла, которое выдает при горении единица топлива. Измеряется обычно в Ккал/кг. Меньше всего тепла выдают бурые угли – не более 4500Ккал/кг, жарче всего горят коксующиеся угли – до 8700Ккал/кг и антрациты – до 8600Ккал. Использовать коксующие угля в обычных бытовых котлах не рекомендуется: они не рассчитаны на такие высокие температуры (бывало, что от такого топлива плавились чугунные колосники) и выходят из строя, а использовать антрациты нужно грамотно.

  Калорийность или теплота сгорания угля — важный параметр

• Зольность. Это основной показатель качества угля. Он зависит от количества негорючих примесей в топливе. Чем меньше этих примесей, следовательно, и золы, тем больше тепла выдаст вам один килограмм топлива. Зольность угля указывается в процентах. Чем меньше показатель, тем лучше качество топлива. Высокосортные марки имеют зольность до 25%, у низкосортных – 40% и выше. Влияет этот показатель и еще на один не самый привлекательный процесс: на частоту чистки печи. Понятно, что чем больше шлака образуется после сгорания топлива, тем чаще вам придется убирать его. Кроме того часть примесей оседает в трубах и технологических каналах в виде сажи. Их тоже нужно регулярно чистить.

  Зольность угля — главный показатель его качества

• Влажность. Различают поверхностную и внутреннюю. Поверхностная влага удаляется при проветривании на воздухе, а вот внутренняя — только в процессе сгорания. Потому чем выше влажность угля, тем меньшее количество тепла будет идти на отопление: высушивание требует значительных энергетических затрат. В некоторых случаях оценить много влаги или нет можно визуально: если уголь смерзся, мелкие фракции слиплись или слежались — воды много. Совет «смочить  уголь чтобы он горел лучше» обоснован только при наличии большого количества пыли: она собирается в комки, улучшая циркуляцию воздуха. В других случаях мочить уголь – только уменьшать количество выделяемого на обогрев тепла.

Если говорить о марках этого топлива в целом, то лучшим углем для бытового кола отопления считается антрацит (обозначается буквой «А»): он долго горит, выделяемый при горении дым белого цвета (сажи образуется мало), имеет малую зольность. Но не все любят его: во-первых, он имеет высокую цену, во-вторых, очень трудно разгорается.

Самый оптимальные характеристики по отношению к цене для бытовых котлов имеет длиннопламенный уголь. Он горит долго, пламя при этом длинное, как при топке дровами (отсюда и название), имеет достаточно высокую теплотворную способность и легко разгорается. Маркируется длиннопламенный уголь  буквой «Д». Используют для отопления частных домов и слабоспекающиеся «СС» и тощие «Т», но их качественные показатели значительно хуже.

При маркировке топлива кроме вида топлива указывается также размер фракции (величина кусков):

Название	Маркировка	Размеры фракции
Плитный	П	100мм и более
Крупный (кулак)	К	50мм-100мм
Орех	О	26мм-50мм
Мелкий	М	13мм-25мм
Семечко	С	6мм-13мм
Штыб	Ш	до 6мм
Рядовой	Р	Нет стандарта

 

Так если длиннопламенный уголь маркирован как ДПК – это плитный уголь, раздробленный на куски от 50 до 100мм,  ДС –длиннопламенная «семечка» и т.п. Стоит пояснить что такое «рядовой уголь». Он имеет нерегламентированный состав, т.е. в нем может быть, к примеру, 80% крупных и средних фракций и лишь 20% штыба, а может быть и наоборот.

Однозначно сказать, какой уголь лучше нельзя. Многое зависит от котла: какой-то рассчитан под бурый уголь, а какой-то — под антрацит. И если в паспорте указано, что использовать рекомендуется антрацит, то не состоит искать ему более дешевую замену: тонна угля будет стоить меньше, но вот количества его понадобиться намного больше. Так что сэкономить не удастся, а вот испортить котел – запросто.

Подбирая уголь для печи, ориентируйтесь не только на его характеристики. Стоит обратить внимание и на стоимость доставки и на рекомендации производителей котлов

Для тех, у кого нет паспорта на котел или используется для отопления кирпичная печь, можно воспользоваться советами опытных людей. Бытовой котел лучше растапливать длиннопламенным углем фракции «орех». После того как он хорошо разгорится, для протопки днем, ровным слоем засыпают антрацит. Он долго горит, выдавая большое количество тепла. Под вечер, в хорошо разогретый антрацитом котел можно засыпать «семечко», которое будет «держать» температуру до утра. Но снова повторимся, котлы у всех стоят разные, так что подбирать оптимальный режим нужно самостоятельно. Дело тут не только в экономии денег, а в оптимальном температурном режиме, при соблюдении которого и людям комфортно, и техника работает в штатном режиме.

Владельцы кирпичных печей советуют разжигать ее дровами. Затем, когда печь разогреется, в нее закладывают угольные брикеты (неплохой вид топлива) или засыпают «семечко», желательно длиннопламенное. При этом, пока уголь не разгорелся, поддувало и заслонки нужно держать открытыми для максимального поступления кислорода. Когда эта закладка хорошо разгорится, а печь наберет жар, можно засыпать более крупную фракцию, например, «крупный» или «орех».

Другие советуют в кирпичную печь после дров закладывать «орех», а на ночь «семечко». При таком порядке в разогретой печи семечко тлеет, поддерживая температуру до утра.

Как посчитать количество угля на зиму

Количество угля, необходимого на обогрев дома, зависит от многих параметров:

• от отапливаемой площади и от материала, из которого построен дом;
• от того, как он утеплен и какие стоят окна,  насколько плотно пригнаны двери;
• от типа отопления и вида котла, типа угля;
• от суровости зим в вашем регионе и их средней продолжительности и т.п.

Все эти «мелочи» очень важны. Так больше всего угля понадобится для отопления кирпичного дома – на 30-35% больше, чем для деревянного аналогичной площади или дома из газобетонных блоков. На отопление хорошо утепленного дома из шлакобетона (толщина стен 45 см) площадью 90 м² хозяева расходуют 2,5-3,5 тонны угля (1 т антрацит «орех» и две «семечко»). Отопление печное. У других на дом такой же площади, но без утепления уходит порядка 6-7 тонн.

Сколько угля нужно на зиму? Зависит от площади дома, из чего он построен, как утеплен, от типа котла и еще от многих факторов

Хозяева 2-3 комнатных квартир в том же регионе на «прокорм» твердотопливным котлам покупают 1,5-2 тонны. В другом регионе для отопления деревянного дома 80 м² из бруса покупают по 5 тонн угля и дров, но зимы у них суровые – до -40^оС полтора месяца и остальное время -20^оС.

Чтобы определиться, на сколько хватит тонны угля именно вам, рекомендуют купить несколько мешков выбранной марки (причем в том месте, где планируете закупать) и смотреть, сколько его требуется в сутки для поддержания комфортной температуры. Учтите «забортную» температуру и сравните ее со средней на протяжении зимы. По результатам делайте выводы. Если топите вы первый год, постарайтесь взять с некоторым запасом. Если останется – не беда, он не теряет своих свойств (если только вы не купили бурый уголь), а вот если не хватит – это уже неприятно.

Как хранить уголь

Уголь разных марок и даже разных месторождений при хранении ведет себя по-разному. Какой-то храниться может годами практически без потери качества, а какой-то через полгода превращается в труху и пыль. Все зависит от состава и качества топлива, а также от условий хранения.

Срок хранения угля зависит от марки и месторождения

В зависимости от устойчивости к окислению (из-за которого и происходит изменение характеристик и «выветривание») уголь делят на четыре категории:

• Наиболее устойчивые. К этой группе относятся антрациты и полуантрациты, которые в крупных кусках (с футбольный мяч и до размеров фракции «П») могут храниться без заметной потери качеств до 36 месяцев, более мелкие фракции от «К» и меньше  — до 24 месяцев. К этой категории относятся каменные угли из бассейнов:
  • Сучанское — ТР, ГР — хранятся 36 месяцев;
  • Черемховское — ДР, ДКО – 36 месяца;
  • Печорский — ЖР, ЖСШ, ЖШ — 24 месяца;
  • Донецкий – TР, КР — 24 месяца;
  • Подгородненское – TР — 24 месяцев.
• Устойчивые к окислению. Хранятся 18 месяцев
  • Донецкого бассейна — ГК, ГКО, ГО, ГМ;
  • Кузнецкое месторождение — ТР, ТК, ТО, СС К, ССКО, ССМ;
  • Иртышское (Экибастузское) — ССР;
  • Карагандинское — КР, КЖР;
  • Сахалинское ЖР, КР ГР, ГКО;
  • Уральское ГР
  • Шартуньское ССШ
  • Куу-Чекинское К2Р
  • Букакачинское ГР
• Средней устойчивости. Хранятся 12 месяцев.
  • Кузнецкий — ДКО, ДМ, КР, КЖР, ЖР, К2Р, ГК, ГКО, ГО, ГМ, ГКОМ;
  • Кизеловский — ГР, ГМСЩ, ГСШ, ЖЕ;
  • Донецкий — ДКО, ДМ, ДК, ДО, ГР, ГМСЩ, ГСЩ, ГЩ, Р, Ж;
  • Печорский – ДКО;
  • Сахалинское – ДР, ДСШ;
  • Львовско-Всяынское — ГР, ГК, ГМСШ, ГСШ;
  • Егоршинское – ГР;
  • Шаргуньское — каменноугольный брикет;
  • Тувинское, Нерюнфинское – КР;
  • Зырянское, Чульманское – ЖР.
• Неустойчивые. Хранятся 6 месяцев.
  • Кузнецкий — ГР, ГСШ, ГМСШ;
  • Печорский, Донецкий, Липовецкое — ДР, ДСШ;
  • Хакасское — ДР, ДМСШ;
  • Среднеазиатское — ДК, ДОМ, ДКОМ, ДР, ДСШ;
  • Ткварчельское – ЖР;
  • Ткибульское — ДК, ДКО, ДОМСШ, ДР, ГР, брикет каменноугольный;
  • Аркагалинское, Беринговское, Джебари ки-Хая, Котуйское, Сангарское, Тал-Юряхское, – ДР.
• Бурые угли. Хранятся 6 месяцев.
  • Артемовское, Тавричанское — БК, БКОМ, БР, БОМ, БСШ;
  • Райчихинское — БК, БО, БМСШ, БР;
  • Подмосковный — БР, БК, БО, БОМ, БОМСШ, БМСШ, БСШ;
  • Правобережная Украина – БР, буроугольный брикет;
  • Челябинский — БК, БКО, БМСШ, БО, БСШ, БР;
  • Бабаевское – БР, буроугольный брикет;
  • Смоляниновское, Майхинское — БКОМ, БСШ, БР;
  • Ретгиховское — БП, БСШ, БКОМ, БР,;
  • Азейское, Анадырское, Ахалцихское, Арбагаоское, Богословское, Волчанское, Веселовское, Гусиноозерское, Закарпатское, Ирша-Бородинское, Коломийское, Кангалакское, Тарбагатайское, Согинское (бухта Тикси), Чернове, Харанорское, Хасанское – БР;
• Бурые угли. Хранятся 4 месяца.
  • Среднеазиатское – БСШ, БР;
  • Ангренское – БОМСШ, БР;
  • Ленгеровское, Назаровское – БР.

Это сроки хранения для предприятий, торгующих углем с открытых площадок. Примерно столько же будет храниться уголь на частном подворье без потери своих характеристик. Затем начинается процесс окисления и выветривания. Продлить срок хранения угля можно, если складировать его под крышей. В угольном сарае или подвале должна быть невысокая температура и желательно отсутствие прямого солнечного света. Окисление угля начинается при 20-25^оС. При температуре не выше 40^оС процесс происходит медленно и выражается в уменьшении прочности кусков, появлении и углублении трещин. Этот процесс называется еще выветриванием. Так как окисление происходит с выделением тепла, то внутри большой кучи угля температура постепенно поднимается, что может привести к самовозгоранию. Наиболее вероятна такая проблема при использовании низкокачественного топлива с большим содержанием мелкой фракции и/или пыли. Самая большая вероятность самовозгорания у бурых углей, затем идут каменные угли с пористой структурой (лигниты и суббитоминозные). Меньше всех подвержены и окислению и самовозгоранию антрациты.

Правильное хранение угля — непростая задача

Если храните уголь мелких фракций типа «семечко» или «штыб» нужно периодически проверять его состояние. Если запасы большие, есть смысл приобрести электронный термометр, к которому присоединить длинную термопару (температурный датчик) и периодически, хотя бы раз в неделю, контролировать состояние. Температура самовозгорания угля:

• Бурые – 40-60^оС;
• Жирные угли – 60-70^оС;
• Тощие и антрациты – 70^оС.

Смачивать уголь чтобы сбить температуру не рекомендуется – влажный уголь гораздо лучше поглощает кислород, чем сухой, а при высыхании газообмен еще улучшается, что делает процесс окисления еще более активным. Самый надежный способ не допустить самовозгорание – ограничить  доступ кислорода – накрыть брезентом, толстой полиэтиленовой пленкой и т.п.

Как альтернативу углю можно рассматривать угольные брикеты. Это мелкие фракции угля, которые спрессовали в брикеты. Они имеют высокую теплотворную способность и зольность, меньше, чем у исходного продукта, горят долго и практически без дыма. Еще один вид топлива, под который не нужно переделывать обычный твердотопливный котел — топливные брикеты из древесины или агросырья. Они дают чуть меньше тепла с килограмма, зато стоят гораздо дешевле и золы остается после сгорания совсем немного.

Как работает уголь | Союз обеспокоенных ученых

Уголь и контроль загрязнения

Часть существующих заводов и все новые предлагают некоторые технологии борьбы с загрязнением, чтобы уменьшить их выбросы, особенно диоксида серы и твердых частиц.

Общие методы борьбы с загрязнением включают скрубберы и фильтры. В скрубберах используется влажная известняковая суспензия для поглощения загрязнений по мере их прохождения. Фильтры представляют собой наборы больших тканевых мешков, которые улавливают твердые частицы, проходящие через ткань.Более мелкие частицы с меньшей вероятностью абсорбируются и могут выбрасывать дымовую трубу в воздух.

Технология

IGCC дороже технологии пылевидного угля, но дает определенные экологические преимущества. В то время как современные средства контроля за загрязнением оксидов азота, диоксида серы и твердых частиц могут значительно сократить выбросы от пылеугольных электростанций (на 90-99 процентов), станции IGCC способны к еще большему сокращению.

Также проще и дешевле улавливать и удалять ртуть с завода IGCC, чем с завода по производству пылевидного угля, что стало все более важным после того, как ограничения по ртути вступили в силу в 2011 году [12].

В настоящее время коммерчески доступные технологии контроля, которые могут быть добавлены на угольные электростанции для снижения их выбросов CO2, являются дорогостоящими. Однако улавливание и хранение углерода (CCS) — это новая технология, которая может позволить операторам предприятий улавливать CO2, транспортировать его к месту «геологического связывания» и закачивать в землю для постоянного хранения.

Что касается улавливания углерода, IGCC имеет дополнительное преимущество перед технологией пылевидного угля. Поскольку его процесс газификации позволяет отделить и улавливать CO2 перед сжиганием , газ все еще находится в относительно концентрированной и находящейся под давлением форме.Установки, работающие на пылевидном угле, могут улавливать CO2 только после сжигания , когда он гораздо более разбавлен и его труднее отделить, что увеличивает затраты на внедрение CCS.

Предполагается, что технологии до и после сжигания улавливают от 85 до 95 процентов CO2 на заводе. Однако улавливание и сжатие CO2 — очень энергоемкий процесс, вызывающий значительное сокращение количества чистой энергии, которую может производить установка.

Ожидается, что современные методы улавливания CO2 из пылевидных угольных электростанций снизят выработку энергии станцией на четверть или более (при условии, что CCS встроен в исходный проект станции, а не добавлен в качестве модернизации, и в этом случае он уменьшит выходную мощность еще больше).

Несмотря на то, что потери мощности для заводов IGCC будут меньше, ожидается сокращение более чем на 15 процентов. С учетом вероятного дополнительного топлива, используемого для процесса удаления CO2, фактическое количество CO2, которого можно избежать на единицу электроэнергии, упадет до диапазона 80 или 90 процентов [13].

UCS поддерживает постоянные федеральные стимулы для исследований CCS, поскольку технология CSS будет играть важную роль в переходе к экологически чистой энергии будущего.

Сжигание угля, ископаемое топливо, загрязнение

В жаркий августовский день на юго-западе Индианы гигантская генерирующая станция Гибсона вышла из строя.Его пять котлов высотой 180 футов (54,9 метра) заглатывают 25 тонн (22,7 метрических тонны) угля каждую минуту, посылая паровой взрыв мощностью в тысячу градусов через турбины, которые вырабатывают более 3000 мегаватт электроэнергии, 50 процентов. больше, чем плотина Гувера. Система охлаждения завода изо всех сил пытается не отставать, и в диспетчерской издают звуки предупреждения, когда температура выхлопных газов повышается.

Но в такой день, как этот, когда кондиционеры гудят по всему Среднему Западу, а спрос на электроэнергию близок к рекордным уровням, невозможно.Гибсон, одна из крупнейших электростанций в стране, является опорой электроснабжения региона, поставляя в сеть достаточно энергии для трех миллионов человек. Выйдя из душного завода в офисы с кондиционерами, Анджелина Протогер из Cinergy, коммунального предприятия в Цинциннати, владеющего Gibson, с благодарностью говорит: «Вот почему мы создаем всю эту мощность».

В следующий раз, когда вы включите кондиционер или вставите DVD, подумайте о таких местах, как Гибсон, и о грязном топливе, которое он потребляет со скоростью три поезда по 100 вагонов в день.Подобные угольные электростанции поставляют в США половину электроэнергии. Они также выделяют множество вредных веществ, включая диоксид серы — главную причину кислотных дождей — и ртуть. И они выделяют столько же разогревающего климат углекислого газа, сколько американские автомобили, грузовики, автобусы и самолеты вместе взятые.

Здесь и там, в небольших демонстрационных проектах, инженеры изучают технологии, которые могут превратить уголь в энергию без этих экологических затрат. Тем не менее, если в ближайшее время коммунальные предприятия не начнут строить такие станции — а их будет много, — в будущем, вероятно, будет гораздо больше традиционных станций, таких как Gibson.

Прожорное потребление электричества прошлым летом было всего лишь предварительным просмотром. По данным Министерства энергетики США, стремление американцев к большим домам, наряду с ростом населения на Западе и зависимым от кондиционирования воздуха Юго-Востоком, помогут поднять аппетит США к власти на треть в течение следующих 20 лет. А в развивающихся странах, особенно в Китае, потребности в электроэнергии будут расти еще быстрее, поскольку фабрики растут, а сотни миллионов людей покупают свои первые холодильники и телевизоры. Большая часть этого спроса, вероятно, будет удовлетворена за счет угля.

За последние 15 лет коммунальные предприятия США, которым необходимо было увеличить мощность, в основном строили заводы, сжигающие природный газ — относительно чистое топливо. Но почти утроение цен на природный газ за последние семь лет остановило многие газовые электростанции и затруднило новое строительство. Ни ядерная энергия, ни альтернативные источники, такие как ветер и солнце, похоже, не смогут удовлетворить спрос на электроэнергию.

Между тем, более четверти триллиона тонн угля лежит под ногами, от Аппалачей через Иллинойсский бассейн до Скалистых гор — этого достаточно, чтобы прослужить 250 лет при сегодняшних темпах потребления.Вы слышите это снова и снова: США — это угольная Саудовская Аравия. Около 40 угольных электростанций сейчас проектируются или строятся в США. Китай, также богат углем, может построить несколько сотен к 2025 году.

Добыча угля, достаточного для удовлетворения этого растущего аппетита, отразится на землях и общинах. Из всех ископаемых видов топлива уголь выделяет больше всего углекислого газа на единицу энергии, поэтому его сжигание представляет собой дополнительную угрозу для глобального климата, который уже вызывает тревожное потепление. При активной поддержке правительства угольные компании сократили количество загрязняющих веществ, таких как диоксид серы и оксиды азота, установив такое оборудование, как скрубберы размером со здание и каталитические установки, расположенные за заводом Гибсон.Но углекислый газ, который вызывает глобальное потепление, просто попадает в трубы — почти два миллиарда тонн ежегодно вырабатывается угольными электростанциями США. В течение следующих двух десятилетий эта сумма может увеличиться на треть.

Нет простого способа уловить весь углекислый газ из традиционной угольной станции. «Прямо сейчас, если вы возьмете растение и установите на него устройство для улавливания углерода, вы потеряете 25 процентов энергии», — говорит Хулио Фридманн, изучающий управление углекислым газом в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса.Но новый тип электростанции может это изменить.

В ста милях (161 км) вверх по реке Вабаш от завода Гибсона находится небольшая электростанция, совсем не похожая на гигантские котлы и паровые турбины Гибсона. Этот напоминает нефтеперерабатывающий завод, все цистерны и серебристые трубы. Вместо сжигания угля завод на реке Вабаш химически преобразует его в процесс, называемый газификацией угля.

Завод Wabash смешивает уголь или нефтяной кокс, напоминающий уголь остаток нефтеперерабатывающих заводов, с водой и чистым кислородом и закачивает его в высокий резервуар, где в результате реакции пламени смесь превращается в горючий газ.Другое оборудование удаляет серу и другие загрязняющие вещества из синтез-газа, как его называют, до того, как он будет сожжен в газовой турбине для производства электроэнергии.

Очистка несгоревшего синтез-газа дешевле и эффективнее, чем пытаться отсеивать загрязняющие вещества из выхлопных газов электростанции, как это делают скрубберы на таких заводах, как Gibson. «Эту электростанцию ​​называют самой чистой угольной электростанцией в мире», — говорит Стивен Вик, генеральный директор завода в Вабаше. «Мы очень гордимся этим отличием».

Синтез-газ можно обрабатывать даже для удаления углекислого газа.Завод Wabash не пойдет на этот шаг, но заводы будущего могут. По словам Вик, газификация угля «представляет собой технологию, предназначенную для полного удаления CO2». Углекислый газ можно закачивать глубоко под землю в истощенные нефтяные месторождения, старые угольные пласты или заполненную жидкостью породу, изолированную от атмосферы. И в качестве бонуса, удаление углекислого газа из синтез-газа может оставить чистый водород, который может служить топливом для нового поколения экологически чистых автомобилей, а также вырабатывать электроэнергию.

Завод Wabash и аналогичный завод около Тампы, Флорида, были построены или отремонтированы на государственные деньги в середине 1990-х годов, чтобы продемонстрировать, что газификация является жизнеспособным источником электроэнергии.Проекты в Северной Дакоте, Канаде, Северном море и других местах проверяли другие части уравнения: улавливание углекислого газа и его улавливание под землей. Исследователи говорят, что им нужно больше знать о том, как ведет себя похороненный углекислый газ, чтобы быть уверенным, что он не просочится обратно — потенциальная угроза для климата или даже для людей. Но Фридманн говорит: «Для первого этапа у нас достаточно информации, чтобы сказать:« Это несложно. Мы знаем, как это сделать »».

Однако это не гарантия, что коммунальные предприятия примут технологию газификации.«Тот факт, что это доказано в Индиане и Флориде, не означает, что руководители сделают на это ставку в миллиард долларов», — говорит Уильям Розенберг из Гарвардской школы государственного управления им. Кеннеди. Две газификационные электростанции в США вдвое меньше большинства коммерческих электростанций и оказались менее надежными, чем традиционные электростанции. Кроме того, эта технология стоит на 20 процентов дороже. Самое главное, у компании мало стимулов брать на себя дополнительный риск и расходы, связанные с экологически чистыми технологиями: на данный момент U.Коммунальные предприятия S. могут свободно выделять углекислый газ в любом количестве.

Генеральный директор Cinergy Джеймс Роджерс, человек, отвечающий за Gibson и восемь других предприятий по выбросу углерода, говорит, что он ожидает, что ситуация изменится. «Я действительно верю, что у нас будет регулирование выбросов углерода в этой стране», — говорит он и хочет, чтобы его компания была готова. «Чем раньше мы приступим к работе, тем лучше. Я считаю, что очень важно, чтобы мы развили способность связывать углерод». Роджерс говорит, что он намеревается построить электростанцию ​​с газификацией в промышленных масштабах, способную улавливать углекислый газ, и несколько других компаний объявили о подобных планах.

Закон об энергии, принятый Конгрессом США в июле прошлого года, предлагает помощь в виде гарантий по кредитам и налоговых льгот для проектов газификации. «Это должно дать толчок развитию событий», — говорит Розенберг, который выступал за эти меры в своем выступлении перед Конгрессом. Опыт строительства и эксплуатации первых нескольких заводов должен снизить затраты и повысить надежность. И рано или поздно, говорит Роджерс, новые законы об окружающей среде, устанавливающие цену за выбросы углекислого газа, сделают чистые технологии гораздо более привлекательными.«Если стоимость углерода составляет 30 долларов за тонну, удивительно, какие виды технологий будут развиваться, чтобы позволить вам производить больше электроэнергии с меньшими выбросами».

Если он прав, однажды мы сможем охлаждать наши дома без включения термостата на всей планете.

Почему уголь горит так долго? ›Спросите эксперта (ABC Science)

Лесные пожары, горящие по всей Австралии этим долгим жарким летом, представляют особую опасность для районов, где добывается уголь.

В Моруэлле, штат Виктория, лесные пожары привели к возгоранию забоя угольного пласта в карьере, который снабжает электроэнергией близлежащую электростанцию. По словам эксперта по безопасности горных работ профессора Дэвида Клиффа из Университета Квинсленда, такие угольные пожары потушить гораздо труднее, чем поджечь кустарники.

«В отличие от древесины, уголь, когда он нагревается, имеет огромную тепловую массу, которую очень трудно погасить. Этот викторианский бурый уголь — низкосортный уголь, геологически молодой и очень склонный к возгоранию.Это угольная шахта с толстым пластом, толщиной 30 метров и очень близкая к поверхности, поэтому все, что попадет в шахту, воспламенит пласт », — говорит Клифф.

Уголь состоит из углерода (от 60 до 90 процентов — более высокие сорта содержат больше углерода, чем более низкие сорта), водорода (6-7 процентов), кислорода, а также очень небольших количеств азота и серы.

Угольные пожары возникают в результате взаимодействия углерода, кислорода и тепла, которое, в свою очередь, производит оксид углерода, диоксид углерода и дополнительное количество тепла для подпитки реакции.Между тем водород в угле превращается в водяной пар, азот в диоксид азота и серу в диоксид серы.

Хотя угольные пожары могут быть вызваны внешними источниками тепла, такими как лесные пожары и удары молний, ​​они также могут возникать самопроизвольно, когда уголь окисляется, говорит Клифф.

«Самовозгорание — это хорошо изученное явление. Уголь, и особенно бурый уголь, очень реактивен по отношению к кислороду и выделяет CO2, что создает тепло.наверх

Обычное явление

Угольные пожары, по его словам, довольно распространены.

«В Австралии, например, в среднем на одной подземной угольной шахте каждый год происходит крупный инцидент, связанный с самонагреванием угля, и вы обнаружите, что есть несколько открытых карьеров, которые сейчас будут бороться с самонагревающимся углем».

Шахтеры стараются свести к минимуму взаимодействие между воздухом и углем, чтобы отвести как можно больше тепла и снизить риск пожара.

«Открытые шахты распыляют воду, чтобы пласты оставались прохладными. Если уголь складывается, они часто накладывают покрытие поверх, чтобы не пропускать воздух, и проектируют склады так, чтобы ветер не дул в них слишком много воздуха и не заставлял уголь окислить «.

В Виктории, говорит Клифф, уголь исторически не складировался, а добывался огромными машинами и отправлялся прямо на электростанции для сжигания.

«Им не нравится держать его. Если они это сделают, он высыхает и начинает реагировать.«

Уголь может гореть многие годы, если его будет достаточно, — говорит Клифф.

«В Австралии есть ряд мест, известных как« горящие горы », где есть старые подземные залежи угля и трещины на поверхности с выходящим из них дымом. Он будет гореть и продолжать гореть, и его может быть очень трудно потушить, потому что доступ к нему очень глубок «.

Он говорит, что как в Австралии, так и за рубежом есть пожары, которые все еще горят сотни, а иногда и тысячи лет.наверх

Опасности

Клифф говорит, что угольные пожары могут представлять целый ряд опасностей.

Наряду с углекислым газом и окиси углерода, угольные пожары выделяют водяной пар, сажу, пыль и двуокись серы, которые довольно быстро рассеиваются, но могут стать серьезной проблемой для местного населения в зависимости от того, насколько близко они находятся к пожару и от каких условий. погода как в то время.

Эффект более широкой картины — это значительный вклад в выбросы парниковых газов, эквивалентный выработке угольной электростанции.наверх

Вызов пожарных

Горящий пласт угля представляет собой серьезную проблему для пожарных.

«Чтобы потушить пожар, нужно охладить его и исключить доступ воздуха, но пары углекислого газа и угарного газа от такого большого пожара будут токсичными на близком расстоянии, а тепло будет невообразимым, поэтому вы не сможете получить пожарные слишком близко, — говорит Клифф.

«Вы должны начать с большого количества воды из шлангов высокого давления с безопасного расстояния, и как только вы начнете снижать температуру, вы можете предпринять другие действия, чтобы попытаться ограничить доступ воздуха.

«В случае с этим викторианским пожаром это связано с очень большим количеством воды и, возможно, землей, если вы сможете получить к ней доступ».

Клифф утверждает, что нынешние пожары вызваны исключительными обстоятельствами.

«Бурый уголь в Виктории добывают более ста лет, и обычно это делается очень безопасно. Только в этих экстремальных условиях, когда рядом с углем бушуют огромные лесные пожары, обычные меры безопасности не сработают.«

Лесные пожары также привели к возгоранию угольных пластов в том же районе в 2006 году.

Профессор Дэвид Клифф — директор Центра безопасности и здоровья в горнодобывающей промышленности Университета Квинсленда. Интервью с ним взяла Энни Хэствелл.

Уголь и окружающая среда — Управление энергетической информации США (EIA)

Уголь — богатый источник топлива, производство и преобразование которого в полезную энергию относительно недороги.Однако производство и использование угля влияет на окружающую среду.

Влияние добычи угля

Открытые шахты (иногда называемые разрезами ) были источником около 62% угля, добытого в США в 2019 году. Эти горные работы удаляют почву и породу над угольными отложениями, или пластов . Самые большие открытые рудники в Соединенных Штатах находятся в бассейне Паудер-Ривер в штате Вайоминг, где залежи угля находятся близко к поверхности и имеют толщину до 70 футов.

Удаление горных вершин и горные работы в долинах затронули большие площади Аппалачских гор в Западной Вирджинии и Кентукки. При таком виде добычи угля вершины гор снимаются с помощью взрывчатки. Эта техника меняет ландшафт, и ручьи иногда покрываются камнями и грязью. Вода, стекающая из этих заполненных долин, может содержать загрязняющие вещества, которые могут нанести вред водной фауны вниз по течению. Хотя горная добыча существует с 1970-х годов, ее использование стало более распространенным и противоречивым, начиная с 1990-х годов.

Законодательство США требует, чтобы стоки пыли и воды с территорий, затронутых добычей угля, контролировались, а территория на мелиорирована, близка к исходному состоянию.

Подземные шахты обычно меньше влияют на ландшафт, чем карьерные. Однако земля над шахтными туннелями может обрушиться, и кислая вода может стекать из заброшенных подземных шахт.

Метан, образующийся в угольных месторождениях, может взорваться, если он концентрируется в подземных выработках.Этот метан угольных пластов необходимо выпускать из шахт, чтобы сделать шахты более безопасными для работы. В 2018 году выбросы метана от добычи угля и заброшенных угольных шахт составили около 11% от общих выбросов метана в США и около 1% от общих выбросов парниковых газов в США (исходя из потенциала глобального потепления). Некоторые шахты улавливают и используют или продают метан угольных пластов, добытый в шахтах.

Выбросы от сжигания угля

• Двуокись серы (SO2), вызывающая кислотные дожди и респираторные заболевания
• Оксиды азота (NOx), способствующие возникновению смога и респираторных заболеваний
• Твердые частицы, способствующие возникновению смога, дымки, респираторных заболеваний и болезней легких
• Двуокись углерода (CO2), которая является основным парниковым газом, образующимся при сжигании ископаемого топлива (угля, нефти и природного газа)
• Ртуть и другие тяжелые металлы, которые были связаны как с неврологическими нарушениями, так и с нарушениями развития у людей и других животных
• Летучая зола и зольный остаток, которые образуются при сжигании угля на электростанциях

В прошлом летучая зола выбрасывалась в воздух через дымовую трубу, но теперь законы требуют, чтобы большая часть выбросов летучей золы улавливалась устройствами контроля загрязнения.В Соединенных Штатах летучая зола и зольный остаток обычно хранятся рядом с электростанциями или на свалках. Выщелачивание загрязняющих веществ из хранилищ угольной золы и свалок в подземные воды, а также несколько крупных отстойников угольной золы, которые прорвались, представляют собой экологическую проблему.

Снижение воздействия угля на окружающую среду

Закон о чистом воздухе и Закон о чистой воде требуют от предприятий сокращения выбросов загрязняющих веществ в воздух и воду.

Угольная промышленность нашла несколько способов уменьшить содержание серы и других примесей в угле.Промышленность также нашла более эффективные способы очистки угля после его добычи, и некоторые потребители угля используют уголь с низким содержанием серы.

На электростанциях

используется оборудование для обессеривания дымовых газов, также известное как скрубберы , для очистки дыма от серы до того, как он покинет дымовые трубы. Кроме того, угольная промышленность и правительство США сотрудничали в разработке технологий, которые могут удалять примеси из угля или повышать энергоэффективность угля, что снижает количество сжигаемого угля на единицу произведенной полезной энергии.

Оборудование, предназначенное в основном для уменьшения выбросов SO2, NOx и твердых частиц, также может использоваться для сокращения выбросов ртути из некоторых видов угля. Ученые также работают над новыми способами сокращения выбросов ртути на угольных электростанциях.

В настоящее время проводятся исследования по снижению выбросов углекислого газа при сжигании угля. Один из методов — это улавливание углерода , при котором CO2 отделяется от источников выбросов и улавливается в концентрированном потоке. Затем CO2 можно закачать под землю для постоянного хранения или секвестрации .

Повторное использование и рециркуляция также могут снизить воздействие добычи и использования угля на окружающую среду. Земли, которые ранее использовались для добычи угля, могут быть восстановлены и использованы под аэропорты, свалки и поля для гольфа. Отходы, улавливаемые скрубберами, могут использоваться для производства таких продуктов, как цемент и синтетический гипс для стеновых плит.

Последнее обновление: 1 декабря 2020 г.

Наука о том, что делает уголь таким грязным — Quartz

Вы читаете эксклюзивную статью Quartz, доступную для всех читателей в течение ограниченного времени.Чтобы разблокировать доступ ко всем Quartz, станьте участником.

Миру не терпится избавиться от потребности в угле. Без резкого сокращения использования угля мало шансов достичь целевых показателей выбросов парниковых газов и избежать самых катастрофических последствий изменения климата.

И устранение этого материала — это не только парниковые газы: при добыче угля и его последующем сжигании образуются другие токсины, загрязняющие наш воздух, воду и почву.

Почему уголь такой грязный? Чтобы понять это, нам нужно надеть лабораторные халаты и немного заняться химией.

Парниковая арифметика

Проблема парниковых газов относительно проста. Все ископаемые виды топлива состоят в основном из углерода и водорода. При сгорании углерод превращается в двуокись углерода, а водород — в воду. Каждая из этих реакций производит немного разное количество тепла.

C + O ₂ → CO ₂ выделяет 393 кДж тепла

H ₂ + 0.5 O ₂ → H ₂ O выделяет 242 кДж тепла

Больше всего нас беспокоит углекислый газ, парниковый газ, улавливающий солнечное тепло в нашей атмосфере. Это означает, что более качественное ископаемое топливо — то, которое будет производить наименьшее количество выбросов CO ₂ для выработки того же количества тепла, — это то, которое содержит много атомов водорода на каждый атом углерода.

В этой битве одержал победу природный газ.Он содержит в основном метан, простое химическое вещество с формулой CH ₄ . Это означает, что на каждый атом углерода приходится четыре атома водорода, максимум, который может вместить один атом углерода.

Химическая формула угля намного сложнее (как мы увидим позже). Это потому, что, в отличие от природного газа, уголь представляет собой смесь многих тысяч химических веществ. Но чтобы понять, как выделяется тепло, мы можем упростить формулу угля до CH (это один атом водорода на каждый атом углерода).

В результате уголь производит вдвое больше углекислого газа на единицу тепловой энергии по сравнению с природным газом.

Болотный старт

Помимо влияния парниковых газов на изменение климата, у угля есть и другие проблемы. Это связано с тем, как материал был сформирован.

«Уголь — это самое сложное твердое вещество, которое мы когда-либо находили и анализировали», — говорит Джонатан Мэтьюз, ученый-уголь из Университета Пенсильвании.

Много миллионов лет назад какое-то природное явление — может быть, наводнение или тайфун — похоронило огромные леса под водой. По мере того, как новые слои почвы откладывались на верхушках деревьев, лишая их воздуха, погребенная древесина медленно превращалась в торфяные болота.Накапливалось все больше и больше слоев наносов, увеличивая давление и температуру под ними, пока, наконец, болото не превратилось в уголь.

Я намеренно не понимаю «многие миллионы», потому что залежи угля в разных регионах могут иметь разный возраст. Уголь в Соединенных Штатах был создан в течение каменноугольного периода, который длился от 360 до 300 миллионов лет назад. С другой стороны, австралийский уголь образовался в пермский период, между 300 и 250 миллионами лет назад.

Так как уголь изначально образовывался из растений, он содержит в основном углерод, водород, кислород и азот. Уголь помог создать основанную на углероде отрасль химии, которую мы называем «органической химией». Когда уголь нагревают в отсутствие воздуха, его сложная смесь распадается на более простые формы. Эти химические вещества, такие как бензол, толуол, нафталин, антрацен и фенол, составляют основу духов, взрывчатых веществ и лекарств.

Растения также содержат множество других элементов периодической таблицы в гораздо меньших количествах.Важно отметить, что во время своего образования уголь может поглощать и другие элементы, обнаруженные в окружающих его отложениях грязи или загрязненной воде. В зависимости от геологии региона типы и количество этих элементов варьируются; более половины периодической таблицы элементов было обнаружено в различных типах угля.

«Процесс образования угля усложняет процесс», — говорит Мэтьюз. «Вот почему почти каждый найденный уголь химически уникален».

При сжигании угля многие из этих элементов выбрасываются в атмосферу вместе с другими газами.Они могут путешествовать на многие мили, прежде чем попадут на растения или в почву, где они могут попасть в деревья или посевы и в конечном итоге быть съедены людьми. Некоторые из этих элементов также могут попадать в легкие человека, где ядовитые элементы, такие как олово, кадмий и ртуть, могут нанести реальный вред нервной, пищеварительной и иммунной системам.

Несмотря на правила, действующие в угольной промышленности, эти металлы часто попадают в окружающую среду. Более 40% всех выбросов ртути в США по-прежнему приходится на угольные электростанции.В 2014 году только в США в результате деятельности, связанной с углем, было выделено 40 тонн свинца, 30 тонн мышьяка и 4 тонны кадмия.

Smoggy end

Однако все эти химические загрязнители составляют лишь часть проблемы. Более заметным проявлением воздействия угля на окружающую среду является смог: результат химической реакции горения угля. Поскольку уголь представляет собой сложную смесь химических веществ, он горит не так чисто, как природный газ: не весь углерод и водород превращаются в двуокись углерода и воду.Вместо этого угольный дым содержит несгоревшие или полусгоревшие частицы углерода, оксида серы, оксидов азота и множество сложных органических молекул, образующихся в процессе сгорания.

У каждого из них есть свой способ причинения вреда. Давайте возьмем их по одному.

Сажа: Несгоревшие или полусгоревшие частицы угля можно отнести к категории сажи. Его внешний вид (и в значительной степени его химический состав) похож на сажу, содержащуюся в дымоходах камина: мелкий черный порошок.Сажа, которая может переносить любое количество перечисленных выше загрязнителей, вредна для легких. Но это еще более опасно, потому что он достаточно мал, чтобы попасть в кровоток при вдыхании. Это может даже оказаться в мозгу. Уголь и другое твердое топливо, используемое в домах, является основной причиной смертей в результате загрязнения воздуха в Индии. Известно, что в Индии сажа покрывает ледники, которые затемняют их, чтобы удерживать больше тепла от солнца и быстрее таять.

Оксид серы: При высоких температурах внутри печи сера в угле и кислород в воздухе объединяются с образованием оксида серы, который вызывает раздражение при вдыхании.Когда он соединяется с водой, он образует серную кислоту, вызывая кислотный дождь. В 1960-х и 1970-х годах серные дожди были обычным явлением в США и других странах. С тех пор на большинстве электростанций требовалось установить оборудование, которое выводит выбросы серы из дымовой трубы, но некоторое количество серы все еще ускользает в атмосферу.

Оксиды азота: Как и сера, азот в угле соединяется с кислородом воздуха с образованием смеси оксидов азота. Это раздражители и могут вызвать респираторные заболевания, например пневмонию.Оксиды азота также химически активны, что означает, что они смешиваются с другими загрязнителями в атмосфере, создавая новые, такие как озон.

Летучие органические соединения (ЛОС): При добыче угля и сжигании угля выделяются вредные углеродные соединения, которые остаются в атмосфере в виде газов. Это то, с чем оксиды азота могут реагировать с образованием озона и других загрязнителей. Эти химические вещества вредны для людей, других животных и растений.

Окись углерода: Иногда вместо соединения углерода с кислородом с образованием углекислого газа он реагирует с образованием окиси углерода — ядовитого газа.

За прошедшие годы нормативные акты на угольных электростанциях помогли сократить некоторые из этих загрязнителей. Однако индийские угольные электростанции серьезно отстают. В 2015 году правительство установило крайний срок на 2017 год для электростанций по установке оборудования, которое сократит выбросы серы и азота. Лишь немногие электростанции уложились в срок, поэтому теперь правительство продлило его до 2022 года. Эта задержка, вероятно, приведет как минимум к 26 000 преждевременных смертей и потере многих миллионов рабочих дней каждый год.

Эти скрубберы уже установлены в более развитых странах, а некоторые из них даже идут дальше. Две угольные электростанции, одна в Канаде и одна в США, теперь улавливают большую часть производимого ими углекислого газа. В обоих случаях захваченный углекислый газ закачивается в землю для добычи нефти. Как только технология станет достаточно дешевой, эмитенты смогут просто закопать углекислый газ под землей без необходимости субсидировать процесс продажей нефти.

Тем не менее, никакое регулирование не сможет полностью устранить вредные выбросы при сжигании ископаемого топлива.Их вред можно будет оставить позади, только если мы перестанем извлекать их из земли.

Ископаемое топливо: грязные факты

Перейти к разделу

Sakhorn Saengtongsamarnsin / 123RF

На протяжении более чем столетия сжигание ископаемого топлива генерирует большую часть энергии, необходимой для приведения в движение наших автомобилей, питания наших предприятий и поддержания освещения в наших домах. Даже сегодня нефть, уголь и газ обеспечивают около 80 процентов наших потребностей в энергии.

И мы платим цену. Использование ископаемого топлива для производства энергии нанесло огромный ущерб человечеству и окружающей среде — от загрязнения воздуха и воды до глобального потепления. Это выходит за рамки всего негативного воздействия продуктов на основе нефти, таких как пластмассы и химикаты. Вот посмотрите, что такое ископаемое топливо, чего оно нам стоит (помимо кошелька) и почему пора переходить к экологически чистой энергии в будущем.

Что такое ископаемое топливо?

Уголь, сырая нефть и природный газ считаются ископаемым топливом, потому что они образовались из окаменелых захороненных останков растений и животных, которые жили миллионы лет назад.Ископаемое топливо из-за своего происхождения имеет высокое содержание углерода.

Примеры ископаемого топлива

Нефть

Сырая нефть, или нефть (буквально «каменная нефть» на латыни), представляет собой жидкое ископаемое топливо, состоящее в основном из углеводородов (водорода и соединений углерода). Нефть можно найти в подземных резервуарах; в трещинах, щелях и порах осадочной породы; или в битуминозных песках у поверхности земли. Доступ к нему можно получить путем бурения на суше или на море или путем открытой добычи в случае нефтеносных песков и сланцев.После добычи нефть транспортируется на нефтеперерабатывающие заводы через супертанкеры, поезда, грузовики или трубопроводы для преобразования в пригодное для использования топливо, такое как бензин, пропан, керосин и реактивное топливо, а также в такие продукты, как пластмассы и краски.

Нефтепродукты обеспечивают около 37 процентов потребностей США в энергии, при этом транспортный сектор потребляет больше всего. Потребление нефти в США в 2016 году было на 10 процентов ниже рекордно высокого уровня 2005 года и всего на 3 процента выше, чем во время эмбарго 1973-74 годов, введенного Организацией стран-экспортеров нефти (ОПЕК), несмотря на то, что США.За прошедшие десятилетия экономика С. увеличилась в три раза. Однако потребление нефти за последние четыре года незначительно увеличилось, поскольку относительно низкие цены на бензин способствовали увеличению пробега транспортных средств и возобновлению интереса к внедорожникам и легким грузовикам. Тем не менее, потребление нефтепродуктов в США, по прогнозам, снизится, по крайней мере, до 2035 года, поскольку стандарты топливной эффективности приведут к более экологически чистым автомобилям. Дальнейшее усиление стандартов экологически чистых автомобилей и экономии топлива остается критически важным фактором для снижения расхода масла.

Что касается производства, то в Соединенных Штатах наблюдается десятилетний подъем. Рост добычи в значительной степени обусловлен усовершенствованием технологий горизонтального бурения и гидроразрыва пласта, которые вызвали бум добычи сланцевой нефти и природного газа в США. В то время как горизонтальное бурение позволяет добытчикам бурить вниз и наружу, таким образом достигая большего количества нефти или газа из одной скважины, гидроразрыв пласта (также известный как гидроразрыв) предназначен для извлечения нефти или природного газа из неподатливой породы, включая сланцы и другие образования.Фрекинг включает в себя взрыв огромных количеств воды, смешанной с химикатами и песком, глубоко в скважине при давлении, достаточном для разрушения породы и выхода нефти или газа. Этот неоднозначный метод добычи создает множество проблем для окружающей среды и здоровья, включая загрязнение воздуха и воды.

Уголь

Уголь

— это твердая, тяжелая углеродистая порода, которая бывает четырех основных разновидностей, различающихся в основном содержанием углерода: лигнит, полубитуминозный, битуминозный и антрацитовый.Почти весь уголь, сжигаемый в Соединенных Штатах, является полубитуминозным или битуминозным. Эти виды угля, в изобилии встречающиеся в штатах, включая Вайоминг, Западную Вирджинию, Кентукки и Пенсильванию, занимают среднее место по содержанию углерода и тепловой энергии, которую они могут производить. Однако, независимо от разновидности, весь уголь грязный. Действительно, с точки зрения выбросов, это наиболее углеродоемкое ископаемое топливо, которое мы можем сжигать.

Уголь добывается двумя способами: при подземной добыче используется тяжелая техника для выемки угля из глубоких подземных залежей, а при открытой разработке (также известной как открытая добыча) удаляются целые слои почвы и породы для доступа к угольным месторождениям под ними.На открытую добычу приходится около двух третей угля, добываемого в Соединенных Штатах. Хотя обе формы добычи вредны для окружающей среды, обнаженная добыча особенно разрушительна, выкорчевывая и загрязняя целые экосистемы.

На уголь и сжигающие его электростанции приходится менее трети производства электроэнергии в США по сравнению с более чем половиной в 2008 году. Более чистые и дешевые альтернативы, включая природный газ, возобновляемые источники энергии, такие как солнечная и ветровая энергия, и энергоэффективные технологии, позволяют уголь гораздо менее экономически привлекателен.Сегодня угольные электростанции продолжают закрыться, несмотря на обещания администрации Трампа возродить промышленность. Ожидается, что в будущем спрос на уголь останется неизменным или упадет, поскольку рыночные силы продвигают альтернативные источники энергии.

Природный газ

Состоящий в основном из метана, природный газ обычно считается традиционным или нетрадиционным, в зависимости от того, где он находится под землей. Обычный природный газ находится в пористых и проницаемых породах или смешивается с нефтяными коллекторами, и к нему можно получить доступ посредством стандартного бурения.Нетрадиционный природный газ — это, по сути, любая форма газа, которую слишком сложно или дорого добывать с помощью обычного бурения, требующего специальной техники воздействия, такой как гидроразрыв.

В Соединенных Штатах разработка и совершенствование таких процессов, как гидроразрыв, помогли сделать страну крупнейшим производителем природного газа в мире с 2009 года, а также крупнейшим его потребителем. Природный газ, которого много в Соединенных Штатах, покрывает почти 30 процентов потребностей США в энергии и является крупнейшим источником энергии для электричества.Прогнозы предполагают, что к 2050 году он станет еще большей частью энергобаланса США, угрожая усугубить загрязнение воздуха и воды.

Недостатки ископаемого топлива

Рудник Санкор и хвостохранилища возле форта Мак-Мюррей, Альберта, Канада

Аарон Хьюи / National Geographic / Getty Images

Деградация земель

Открытие, переработка и перемещение подземных залежей нефти, газа и угля наносят огромный урон нашим ландшафтам и экосистемам.Индустрия ископаемого топлива сдает в аренду обширные участки земли для инфраструктуры, такой как колодцы, трубопроводы, подъездные дороги, а также объектов по переработке, хранению и удалению отходов. В случае открытой добычи целые участки местности, включая леса и целые горные вершины, очищаются и взрываются, чтобы обнажить подземный уголь или нефть. Даже после прекращения операций земля, выщелоченная питательными веществами, никогда не вернется в прежнее состояние.

В результате критически важная среда обитания диких животных — земля, имеющая решающее значение для размножения и миграции — оказывается фрагментированной и разрушенной.Даже животные, способные уйти, могут в конечном итоге страдать, поскольку их часто заставляют жить в неидеальной среде обитания и им приходится конкурировать с существующей дикой природой за ресурсы.

Загрязнение воды

Разработка угля, нефти и газа представляет множество угроз для наших водных путей и грунтовых вод. Операции по добыче угля смывают кислотные стоки в ручьи, реки и озера и сбрасывают огромное количество нежелательной породы и почвы в ручьи. Разливы и утечки нефти во время добычи или транспортировки могут загрязнить источники питьевой воды и поставить под угрозу все пресноводные или океанские экосистемы.Также было обнаружено, что гидроразрыв и его токсичные жидкости загрязняют питьевую воду, и Агентство по охране окружающей среды не спешило признать этот факт.

Между тем, все операции по бурению, гидроразрыву и горнодобывающей промышленности создают огромные объемы сточных вод, которые могут содержать тяжелые металлы, радиоактивные материалы и другие загрязнители. Промышленные предприятия хранят эти отходы в открытых ямах или подземных колодцах, которые могут протекать или перетекать в водные пути и загрязнять водоносные горизонты загрязнителями, вызывающими рак, врожденные дефекты, неврологические повреждения и многое другое.

Выбросы

Ископаемые виды топлива выделяют вредные загрязнители воздуха задолго до того, как сгорят. Действительно, около 12,6 миллиона американцев ежедневно подвергаются токсическому загрязнению воздуха из-за действующих нефтяных и газовых скважин, а также транспортных и перерабатывающих предприятий. К ним относятся бензол (связанный с детской лейкемией и заболеваниями крови) и формальдегид (химическое вещество, вызывающее рак). Быстро развивающаяся отрасль гидроразрыва принесет это загрязнение на большее количество приусадебных участков, несмотря на растущее количество свидетельств серьезного воздействия этой практики на здоровье.Добыча полезных ископаемых не лучше, особенно для самих горняков, поскольку в них образуются токсичные твердые частицы. Открытая добыча — особенно в таких местах, как северный лес Канады — может высвободить гигантские запасы углерода, хранящиеся в естественных условиях в дикой природе.

Сжигание ископаемого топлива

Загрязнение в результате глобального потепления

Когда мы сжигаем нефть, уголь и газ, мы не просто удовлетворяем наши потребности в энергии — мы также способствуем нынешнему кризису глобального потепления. При сжигании ископаемого топлива выделяется большое количество углекислого газа.Выбросы углерода задерживают тепло в атмосфере и приводят к изменению климата. В Соединенных Штатах на сжигание ископаемого топлива, особенно в энергетическом и транспортном секторах, приходится около трех четвертей наших выбросов углерода.

Другие формы загрязнения воздуха

Ископаемое топливо при сжигании выделяет больше, чем просто углекислый газ. Угольные электростанции в одиночку производят 42 процента опасных выбросов ртути в Соединенных Штатах, а также две трети выбросов диоксида серы в США (которые способствуют кислотным дождям) и подавляющее большинство сажи (твердых частиц) в нашем воздухе.Между тем, автомобили, грузовики и лодки, работающие на ископаемом топливе, являются основными источниками ядовитого монооксида углерода и оксида азота, которые в жаркие дни вызывают смог (и респираторные заболевания).

Завод Syncrude Canada Mildred Lake Oil Sands недалеко от Форт МакМюррей, Альберта, Канада

Закисление океана

Когда мы сжигаем нефть, уголь и газ, мы меняем основной химический состав океана, делая его более кислым.Наши моря поглощают до четверти всех антропогенных выбросов углерода. С начала промышленной революции (и наших способов сжигания угля) океан стал на 30 процентов более кислым. По мере того, как кислотность в наших водах повышается, количество карбоната кальция — вещества, используемого устрицами, омарами и бесчисленным множеством других морских организмов для образования раковин — снижается. Это может замедлить темпы роста, ослабить скорлупу и поставить под угрозу целые пищевые цепи.

Окисление океана также влияет на прибрежные сообщества.По оценкам, на северо-западе Тихого океана это стоило устричной индустрии миллионы долларов и тысячи рабочих мест.

Строим будущее чистой энергии

Однако мы не зациклены на ископаемом топливе. Мы добились значительного прогресса в расширении масштабов использования возобновляемых источников энергии и энергоэффективности в Соединенных Штатах за последнее десятилетие благодаря политике на федеральном уровне, уровне штата и на местном уровне, которая помогла росту экономики экологически чистой энергии. Мы также используем энергию намного эффективнее, чем раньше.

Государственные и федеральные льготы, наряду с падением цен, подталкивают нашу страну — и весь мир — к более чистым, возобновляемым источникам энергии, таким как ветер и солнце. Возобновляемые источники энергии постепенно превращаются в более дешевый источник энергии, чем ископаемое топливо, что стимулирует бум развития чистой энергии и создания рабочих мест. Значительно более высокие уровни возобновляемых источников энергии могут быть интегрированы в нашу существующую сеть, хотя необходимо проявлять осторожность при размещении и ответственном строительстве возобновляемых источников энергии.

Между тем, энергоэффективность — наш самый чистый, дешевый и самый крупный энергетический ресурс, который за последние 40 лет вносит больший вклад в удовлетворение энергетических потребностей страны, чем нефть, уголь, природный газ или ядерная энергия.На его долю приходится более 2,2 миллиона рабочих мест в США — как минимум в 10 раз больше, чем в бурении нефти и газа или добыче угля.

Если мы сможем внедрить правильную политику, мы готовы добиться значительного прогресса на пути к экологически чистой энергии в будущем. Фактически, недавний отчет NRDC показывает, что мы можем сократить использование ископаемого топлива в США на 80 процентов к 2050 году. Для этого нам нужно будет вдвое сократить спрос на энергию, увеличить возобновляемые источники энергии, чтобы они обеспечивали не менее 80 процентов нашей энергии. электрифицировать почти все виды транспорта и получать ископаемое топливо из наших зданий.Это потребует последовательных, скоординированных политических усилий со стороны всех уровней правительства, частного сектора и местных сообществ. Но мы знаем, что можем сделать это, используя проверенные, продемонстрированные технологии чистой энергии, которые у нас есть сегодня.

Сжигание угля — Scientific American

Сила паровой машины заключается не в ее цилиндрах, балке, осколке и рычагах; нет, они применяют силу только с пользой. Сила, приводящая в движение двигатель, — это пар, а сила, производящая пар, — это химическое действие, заключающееся в сгорании топлива.Сжигание кажется очень простой операцией, но мы не знаем химического явления, более трудного для ясного объяснения. Он состоит из декомпозиции и перекомпоновки. Во-первых, уголь — это твердый углерод, тяжелое вещество, но если его химически соединить с кислородом, то в некоторых частях (CO2) он станет углекислым газом. Этот газ может быть образован только из углерода и кислорода в результате химического воздействия, которое мы отмечаем горением, как это проявляется в огне (мы не говорим о ферментации, медленном сгорании).Можно задать вопрос: «Какова причина возгорания?» Это важный вопрос, и, как и многие другие, его легче задать, чем ответить. Известно только то, что когда в топливе выделяется определенное количество теплоты из-за того, что его частицы меняют свое состояние и расположение, кислород атмосферы отделяется от азота, с которым он химически соединен, и соединяется с этими частицами углерода, образуя угольную кислоту. газ. Это действие называется горением. Возникает сильный жар, говорят, что уголь разлагается им, и соединение углеродных частиц с кислородом образует новый состав, образующий gM, который, как ни странно, гасит пламя и огонь, хотя он сам по себе является прямым продуктом огня.Тепло, генерируемое при сгорании, через латунные прутки и железные пластины оказывает аналогичное воздействие на воду и меняет ее состояние с воды на пар, который занимает в 1700 раз больше воды. Именно эта расширяющая сила — комбинация воды и тепла, т. Е. жизненная сила паровой машины. При исследовании причин закипания чайника, не считая извержения вулкана, необходимо изучить много философии, и « информация, которую нужно получить », более практична и полезна.Поскольку углекислый газ образуется из (CO ‘), для образования этого газа требуется два фунта кислорода, чтобы насытить каждый фунт угля. Если при сжигании угля он не полностью насыщен кислородом, образуется газ, называемый оксидом углерода (CO), с добавлением одного фунта кислорода к одному из углерода, что не так эффективно, следовательно, происходит большая потеря тепла. Затем мы видим необходимость подачи топлива в состоянии горения, особенно когда «свежий уголь ставится в огонь с обильным запасом кислорода».Поскольку атмосфера состоит из 21 объема кислорода на 79 единиц азота, отсюда следует, что большое количество воздуха должно пройти через огонь, чтобы снабдить несколько фунтов угля достаточным количеством кислорода для идеального сгорания. На каждые два фунта кислорода, извлеченного из атмосферы, ровно 7 фунтов азота также должны пройти через огонь (азот — самый тяжелый газ), следовательно, девять фунтов воздуха должны пройти через огонь для идеального сгорания каждого фунта чистого углерода. уголь. Итак, 100 кубических дюймов сэра весят 31 0117 гран, а 5 760 — гран — это 1 фунт, а 1 728 куб.дюймы образуют 1 кубический фут, отсюда следует, 5760X10 (J -: — 31 ‘0117 = (без десятичных знаков), что у нас 18 583 кубических дюйма, или более 10 кубических футов воздуха при весе 1 фунта, что составляет более 90 кубических футов воздуха, которые проходят через огонь для идеального сгорания одного фунта угля.В печах подсчитано, что около 200 кубических футов воздуха проходят через топливо для сжигания одного фунта угля. По этому мы видим, какое количество воздуха необходимо в помещения в зимний период для полного сгорания топлива в печах и решетках.Он должен подаваться через щели, трещины или открытые швы, поскольку химически невозможно, чтобы огонь загорелся, если в него не будет поступать должное количество кислорода. Это причина того, что в закрытом помещении, когда мы кладем руку на любой шов возле окна, мы чувствуем удар. тока. Этот факт учит нас, насколько необходимо хорошо вентилируемые комнаты и почему большие комнаты здоровее маленьких. Насколько прекрасна наша атмосфера, которая действует как генератор, регенератор и проводник тепла и холода; собственный очиститель и реставратор.Ну Слн АртеБлан Уэллс. (Продолжение со страницы 98) ИНСТРУМЕНТЫ. В прилагаемом разрезе рисунки 1, 2 и 3 показывают высоту, план и сечение шнека. Резьбовое гнездо предназначено для ввинчивания в него стержней. Передний носик a предназначен для резки, а клапан b — для предотвращения выпадения материала, который разрезается, из шнека во время его обработки. поднят до устья канала ствола. На рисунках 4, 5 и 6 изображен аналогичный шнек большего размера; он не имеет винта, вкрученного в гнездо, как предыдущий, а вместо этого прикручен к промежуточному стержню.Рис. 7 и 8 — два вида небольшого шнека с продольной щелью и без клапана; ‘он используется в основном для просверливания глины и суглинка. В очень жесткой глине щель может быть очень широкой, в солёной — более узкой; При очень влажной почве это вообще недопустимо. Рис. 9, 10 и 11 показаны зубья S для прорезания камней, кремня и т. Д. этот инструмент отработан. вертикальным и круговым движением. -а Томас Проссер, К. Э … с улицы Платт № 28, этого «города», который поставляет трубы, пригодные для артезианских скважин, выпустил небольшую брошюру на эту тему.Это просто, как говорится, февир вольных замечаний, брошенных вместе со ссылкой на произведения, в которых может быть найдена другая информация. Он цитирует выдержку из журнала London Mechanics ‘Magazine, который рекомендует метод доктора Потта заглубления железных труб для скважин большого диаметра, когда буровые материалы состоят из рыхлого песка или чего-то подобного. Этот процесс опускания труб происходит под действием атмосферного давления, при этом весь воздух вытягивается изнутри трубки воздушным насосом, когда он опускается с большой скоростью.Он защищен патентом в Соединенных Штатах, правопреемником которого является C. Pontez, C.E. Этот процесс проиллюстрирован на первой странице этого тома журнала Scientific American. Буровой инструмент всегда должен выкапывать или растачивать отверстие несколько шире трубы, чтобы он мог опускаться на свое место по мере погружения. Если бы скважина для воды проходила через холмистую скалу, цилиндры, возможно, не потребовали бы этого. быть солнечным, если бы не встретились прожилки воды !? выше основного питания.Когда нижнее водоснабжение полностью зависит от воды, не допускается, чтобы промежуточный пласт воды имел какое-либо сообщение с тем, что поднимается с самой низкой глубины; Поэтому необходимо, чтобы затопленные трубы были хорошо подогнаны, чтобы предотвратить какое-либо сообщение между нижним слоем воды и любым слоем, который может находиться над ним. Поверхностные воды также должны быть полностью перекрыты, и железные цилиндры Потта кажутся нам хорошим средством для этого. Обычный способ — залить камнем или кирпичом первые 30 или 50 земляные работы, лужа между внешними слоями кирпича с хорошей глиной и выполнение хороших швов с помощью гидравлического цемента.