Для отопления домов издавна использовалась древесина, но чтобы постоянно поддерживать горение необходимо подкладывать поленья снова и снова. С развитием угледобывающей промышленности все больше людей стало использовать каменный уголь: он дает больше тепла, горит дольше. При правильной закладке печи порция угля, засыпанного в котел с вечера, будет поддерживать стабильную температуру всю ночь.

История образования каменного угля и его виды

Весь процесс образования угля можно разделить на два основных этапа: формирование торфа и собственно процесс углефикации – преобразования торфа в уголь.

Торф формировался на обширных покрытых водой пространствах из растительных остатков разной степени разложения. Часть растений перегнивала полностью до гелеобразного состояния, часть - сохраняла свое клеточное строение. Их остатки скапливались на дне водоемов, которые постепенно превращались в болота. Обязательное условие, необходимое для формирования торфа, - отсутствие кислорода. Под толщей воды кислорода было мало, при разложении остатков выделялся сероводород, метан и углекислота, которые способствовали затвердению остатков. Образовывался торф.

Но не все торфяники преобразовывались в уголь. Для процесса углефикации необходимо: высокое давление, высокая температура и большой промежуток времени. В зависимости от наличия этих условий и происходило или нет образование каменного угля. Сначала торф заносился осадочными породами, что увеличивало давление и повышало температуру внутри торфяного слоя. В таких условиях образовывался бурый уголь – первая ступень углефикации. В некоторых областях происходило смещение пластов, в результате которых пласты бурого угля опускались (некоторые из обнаруженных месторождений находятся на глубине более 6000 метров). Местами эти процессы сопровождались подъемом магмы и извержениями вулканов. Высокое давление, отсутствие кислорода и высокие температуры способствовали тому, что влаги и природных газов в буром угле становилось все меньше, углерода все больше. По мере вытеснения воды и газов, бурый уголь превращался в битуминозный, затем, при наличии высокой температуры, в антрацит. Основное отличие бурого угля от каменного: в буром угле содержится больше влаги и природных газов и меньше углерода, что влияет на количество выделяемого при горении тепла.

Сегодня возраст угольных залежей определяется по растительным остаткам. Самые древние датируются каменноугольным периодом (345-280 миллионов лет назад). В это период сформировалось большая часть угольных бассейнов северной Америки (восток и центр США), центра и запада Европы, юга Африки, Китая, Индии. В Евразии большая часть угольных месторождений формировалась в Пермский период, некоторая часть небольших угольных бассейнов в Европе датируется Триасовым периодом. Увеличивается активность углеобразования к концу Юрского периода и в Меловом. Примерно в это время были сформированы залежи на востоке Европы, в Скалистых горах Америки, в Индокитае и центре Азии. Позже формировались в основном бурые угли и залежи торфа.

Виды угля

Уголь классифицируют в зависимости от содержания влаги, природных газов и углерода. С повышение количества углерода повышается его теплотворная способность. Чем меньше влаги и летучих веществ (газов), тем лучше он переносит хранение и транспортировку.

Лигнит - уголь первой стадии углефикации. Он отличается от бурого угля меньшим количеством воды (45%) в составе и большим выделением тепла. Структуру имеет волокнистую, цвет - от коричневого до черного (более высокого качества). Чаще всего используется в энергетике (на теплоэлектростанциях) для отопления частных домов используется редко, так как плохо хранится и имеет невысокую теплотворную способность в обычных печах.

Суббитоминозный уголь - цвет черный, менее выраженная волокнистая структура, более высокая по сравнению с лигнитом теплотворность, меньшее содержание влаги (30%). При перевозке крошится, а на открытом воздухе выветривается. При сгорании выделяет 5-6 кВт/кг. Используется как в энергетике, так и в ЖКХ для отопления.

Битуминозный уголь отличается самой высокой теплотворной способностью, не теряет своих качеств при транспортировке и хранении. Выделяет при горении 7-9 кВт/кг тепла. Некоторые его виды используют для коксования.

Антрацит - уголь смоляно-черного цвета. Отличается самым высоким содержанием углеводорода. Его тяжело разжечь, но горит долго и без копоти, выделяет большое количество тепла (более 9 кВт/кг). Именно антрацит чаще других используется для отопления.

Какой уголь используют для отопления

В России и странах СНГ действует система, принятая еще в 1988 году. Классифицируют уголь согласно ГОСТ 25543-88, который подразделяется на 7 категорий. Для отопления используют только некоторые:

Длиннопламенный уголь (Д). Свое название получил благодаря длительному процессу горения с выделением большого количества тепла (5600-5800 ккал/кг). Для его розжига и горения не требуется специального обдува, потому длиннопламенные угли часто используются в бытовых котлах на твердом топливе. В зависимости от размеров бывает:

• ДПК - плитный крупный - размеры кусков 50-200 мм;
• ДПКО - плитный кулак-орех - размеры кусков 25-100 мм;
• ПО - орех - 26-50 мм;
• ДМ - мелкий - размеры 13-25 мм;
• ДС - семечка - 6-13 мм;
• ДР - рядовой - нет стандартных размеров.

Длиннопламенный уголь - оптимальный для отопления: пламя длинное (похожее «выдают» дрова), выделяется много тепла, разжигается и горит легко - для нормального горения достаточно естественной тяги. Относительно невысокая его стоимость в сочетании с отличными характеристиками и обусловили популярность этой марки угля. Его закупают не только для отопления частных домов, но и для котельных образовательный и медицинских учреждений. Причем используется топливо любой фракции: от крупных «К» до мелких «М».

Длиннопламенный газовый (ДГ). Отличается от марки Д большей теплотворной способностью. Используют для отопления частных домов все фракции: от «крупный» до «рядовой». Более требователен чем длиннопламенный к условиям хранения, т.к. более интенсивно выветривается.

Антрацит (А). Выделяет много тела, имеет малую зольность (зольный остаток 10%), горит долго и ровно, дым при горении - белый (все остальные марки «дают» черный дым). Несмотря на высокие показатели однозначно рекомендовать его для отопления частных домов нельзя: антрацит имеет высокую стоимость и его тяжело разжигать.

В некоторых случаях покупают тощие угли «Т», жирные «Ж» или слабоспекающиеся «СС». Остальные классы имеют преимущественно промышленное использование. Их используют в энергетике и металлургии, некоторые марки для коксования и обогащения. При выборе угля нужно обращать внимание не только на его характеристики, но и на стоимость доставки. Если в вашем регионе не продают длиннопламенный или антрацит, то скорее всего вам придется обходится тем, что представлен на рынке. Обращать внимание нужно и на рекомендации производителей вашего котла: в документах обычно указываются марки, под которые проектировалось оборудование. Их и нужно использовать.

Для повышения комфортности и в целях экономии многие предпочитают иметь несколько фракций: растапливать удобнее фракцией «орех» или «крупный», а на длительное горение засыпать «семечко». На самые холодные периоды запасают некоторое количество антрацита, который хоть и тяжело разжигается, но в разогретом котле горит долго и жарко.

Коксующий и обогащенный угли проходят специальную обработку для увеличения теплотворной способности. Используются эти виды в металлургии и энергетике. Для бытовых котлов такое топливо не подходит: из-за чрезмерно высокой температуры горения печь может разорвать.

Если послушать людей с опытом, то говорят, лучший эффект дает следующая последовательность засыпки топлива в котел: растопить длиннопламенным, затем засыпать антрацита фракции «орешек» - он долго горит вы дает много тепла, а на ночь печь добавить «семечки», которая будет гореть до утра.

Порядок растопки кирпичных печей рекомендуют другой: растапливают печь дровами, когда хорошо разгорится, засыпают «семечкой» или (поддувало и заслонку открыть для лучшего поступления кислорода). Если в семечке много пыли, ее можно смочить водой - так она разгорается легче. Когда жара в печи достаточно, можно использовать «кулак».

Что такое древесный уголь и для чего он используется

Древесный уголь используется людьми уже много тысяч лет назад: его находили при раскопках в поселениях пещерных людей. Вряд ли они изготавливали его сами, скорее собирали на пожарах или сохраняли остатки костров, но, видимо, знали о его свойствах и умели пользоваться.

Сегодня в нашей стране этот вид топлива используется большей частью для приготовления пищи: его используют в мангалах и барбекюшницах, подкладывают в костры. Иногда используют для каминов: горит он долго, выделяет много тепла (7800 ККл/кг), а дыма и копоти почти не образуется. Оставшаяся зола является отличным удобрением и используется для удобрения лесных угодий или сельскохозяйственных полей. Зола древесного угля применяется также для производства удобрений.

В промышленности древесный уголь используют для выплавки чугуна. Для производства тонны сплава требуется всего 0,5 тонны этого топлива. При этом чугун получает повышенную стойкость к коррозии и прочность. Как флюс используют каменный уголь при выплавке латуни, бронзы, меди, марганца, цинка и никеля. Из него изготавливают твердую смазку для машиностроения, используют для шлифовки в приборостроении и полиграфии и т.д. Из древесного угля изготавливают фильтры разного назначения.

Сегодня древесный уголь начинают рассматривать как альтернативу традиционному топливу: в отличие от каменного угля, нефти и газа он относится к возобновляемым материалам. Причем современные технологии позволяют получать древесный уголь даже из отходов промышленности: из опилок, трухи, кустарников и т.п. Из такого измельченного сырья формируют брикеты, которые дают в 1,5 раза больше тепла, чем обычный древесный уголь. При этом тепло выделяется более продолжительный промежуток времени и жар получается равномерный.

Как делают древесный уголь

До 20 века древесный уголь получали, сжигая древесину или кучах специальной формы. В них укладывали древесину, засыпали ее землей, поджигали через проделанные специальные отверстия. Такая технология общедоступна и по сегодняшний день используется в некоторых странах. Но имеет она малую эффективность: на 1 кг угля уходит до 12 кг древесины, к тому же невозможно контролировать качество получаемого древесного угля. Следующим этапом развития углежжения стало использование в земляных печах трубы. Такое усовершенствование подняло эффективность процесса: на килограмм уходило 8 кг леса.

В современных углевыжигательных аппаратах на килограмм продукта затрачивается 3-4кг сырья. При этом обращается большое внимание на экологичность процесса: при производстве древесного угля в атмосферу выделяется много дыма, сажи и вредных газов. Современные установки выделяемые газы улавливают, направляют в специальные камеры, где он используется для нагревания печи до температуры коксования.

Преобразование древесины в древесный уголь происходит в бескислородной атмосфере при высокой температуре (реакция пиролиза). Весь процесс поделен на три этапа:

• при 150 о С происходит удаление из древесины влаги;
• при 150-350 о С выделение газов и образование органических продуктов;
• при 350-550 о С отделяют смолы и неконденсируемые газы.

Согласно ГОСТу древесный уголь делят на несколько марок в зависимости от типа использованной древесины:

• • А - твердолиственные породы;
  • Б - твердо- и мягко- лиственные, хвойные породы (о ).

Марки Б и В - чаще всего это древесноугольные брикеты, на изготовление которых идут отходы деревоперерабатывающих предприятий. Это отличный вид биотоплива, который давно используется в Европе для отопления и даже на электростанциях: при их сгорании не образуются серные соединения (серы в древесном угле нет), а углеводород содержится в минимальных количествах. Используя технологии предков можно нажечь уголь для собственных нужд самостоятельно. .

Чтобы превратить торф в каменный уголь, требуется много времени. Слои торфа постепенно накапливались в торфяных болотах, а сверху зарастала все большим количеством растений. На глубине сложные соединения, находящиеся в разлагающихся растениях, распадаются на все более простые. Их частично растворяет и уносит вода, а часть их переходит в газообразное состояние, образуя метан и углекислый газ. Бактерии и разнообразные грибки, населяющие все болота и торфяники, также играют немаловажную роль в образовании угля, так как способствуют быстрому разложению растительных тканей. Со временем в процессе таких изменений в торфе начинает накапливаться углерод, как наиболее стойкое вещество. С течением времени углерода в торфе становится все больше.

Важным условием при накоплении в торфе углерода является отсутствие доступа кислорода. В противном случае углерод, соединившись с кислородом, превратился бы в углекислый газ и улетучился. Слои торфа, преобразующиеся в каменный уголь, изолируются вначале от воздуха и содержащегося в нем кислорода водой, их покрывающей, а сверху вновь возникающими слоями торфа из гниющего слоя растений и растущими на них новыми зарослями.

Стадии каменного угля

Первая стадия - это лигнит, рыхлый уголь бурого цвета, наиболее похожий на торф, не самого древнего происхождения. Ясно просматриваются в нем остатки растений, особенно древесины, так как она разлагается дольше. Лигнит образуется в современных торфяных болотах средней полосы, и состоит из камыша, осоки, торфяного мха. Древесный торф, который образуется в субтропической полосе, например, на болотах Флориды в США, очень похож на ископаемый лигнит.

Бурый уголь создается при более сильном разложении и изменении растительных остатков. Его цвет черный или темно-бурый, в нем реже встречаются остатки древесины, а остатков растений нет вовсе, он крепче лигнита. При горении бурый уголь выделяет намного больше тепла, так как углеродистых соединений в нем больше. Со временем бурый уголь превращается в каменный уголь, но не всегда. Процесс преобразования происходит только в том случае, если слой бурого угля опустится в более глубокие пласты земной коры, когда происходит процесс горообразования. Чтобы превратить бурый уголь в каменный или в антрацит, нужна очень высокая температура земных недр и большое давление.

В каменном угле останки растений и древесины можно найти только под микроскопом, он блестит, тяжел и крепок почти как камень. Черный и уголь под названием антрацит содержит наибольшее количество углерода. Этот уголь ценится выше всего, так как при сгорании дает больше всего тепла.

Каменный уголь - твёрдое горючее полезное ископаемое растительного происхождения, разновидность углей ископаемых, промежуточная между бурым углём и антрацитом . Каменный уголь - плотная осадочная порода чёрного, иногда cepo-чёрного цвета, дающая на фарфоровой пластинке чёрную черту. В органическом веществе содержится 75-92% углерода, 2,5-5,7% водорода, 1,5-15% кислорода. Высшая теплота сгорания в пересчёте на сухое беззольное состояние 30,5-36,8 МДж/кг. Большинство каменных углей относится к гумолитам; сапропелиты и гумитосапропелиты присутствуют в виде линз или небольших прослоев.
Каменный уголь представляет собой продукт глубокого разложения остатков растений (древовидных папоротников, хвощей и плаунов, а также первых голосеменных растений). Большинство залежей каменного угля было образовано в палеозое , преимущественно в каменноугольном периоде, примерно 300-350 миллионов лет тому назад. Образование каменных углей характерно почти для всех геологических систем - от девона до неогена (включительно); широкое распространение они получили в карбоне , перми , юре .
Залегают каменные угли в форме пластов и линзовидных залежей различной мощности (от долей метров до нескольких десятков и сотен метров) на разных глубинах (от выходов на поверхность до 2.500 м. и глубже). Каменные угли образуются из продуктов разложения органических остатков высших растений, претерпевших изменения (метаморфизм) в условиях давления окружающих пород земной коры и сравнительно высокой температуры.

Каменный уголь характеризуется нейтральным составом органической массы. Они не реагируют со слабыми щелочами ни в обычных условиях, ни под давлением. Их битумы в отличие от бурых углей представлены преимущественно соединениями ароматической структуры. В них не обнаружены жирные кислоты и сложные эфиры, малое значение имеют соединения со структурой парафинов. Каменные угли разделяются на блестящие, полублестящие, полуматовые, матовые. В зависимости от преобладания тех или иных петрографических компонентов выделяют витреновые, клареновые, дюрено-клареновые, кларено-дюреновые, дюреновые и фюзеновые каменные угли. Пласты угля могут быть сложены одним из указанных литотипов, чаще их чередованием (полосчатые угли ). Как правило, блестящие разности угля малозольны вследствие незначительного содержания минеральных примесей.

Среди структур преобладающего вещества углей (углеобразующих микрокомпонентов) выделено 4 типа (телинитовая, посттелинитовая, преколлинитовая и коллинитовая), являющихся последовательными стадиями единого процесса разложения лигнино-целлюлозных тканей и отражающие общие закономерности образования угленосных формаций. Основные единицы классификации каменных углей - генетические группы, устанавливаемые по структуре вещества углеобразующих микрокомпонентов, куда кроме упомянутых 4 типов дополнительно включены лейптинитовые угли. Таким образом, выделено 5 генетических групп. Каждая из них по типу вещества углеобразующих микрокомпонентов разделена на соответствующие классы.

В условиях повышения давления и температуры при погружении угленосной толщи на глубину происходит последовательное преобразование органической части каменных углей - изменение его химические состава, физических свойств и внутримолекулярного строения, определяемое термином "региональный метаморфизм угля". На конечной (высшей) стадии метаморфизма каменные угли преобразуются в антрациты и с отчётливо выраженной кристаллической структурой графиты. Менее распространены преобразования органической части каменных углей от воздействия на них тепла изверженных пород, внедрившихся в угленосные толщи или перекрывающие (подстилающие) их отложения (термальный метаморфизм), а также непосредственно в угольные пласты (контактовый метаморфизм). Возрастание степени метаморфизма в органическом веществе каменных углей вызывается последовательным увеличением относительного содержания углерода и уменьшением содержания кислорода и водорода. Последовательно снижается выход летучих веществ (от 50 до 8% в пересчёте на сухое беззольное состояние); изменяются также теплота сгорания, способность спекаться в кокс и физические свойства угля.

Изменение физических свойств каменных углей в результате их метаморфизма проявляется по линейному, зависимому от уплотнения вещества, или параболическим законам с инверсией в углях средней стадии метаморфизма, отражающей изменения в структуре органического вещества. По линейному закону изменяются блеск, отражательная способность витринита, насыпная масса углей и другие свойства. Остальные важные физические свойства (пористость, плотность, спекаемость, теплота сгорания, упругие свойства и пр.) изменяются либо отчётливо по параболическому закону, либо по смешанному, когда изменение свойств происходит лишь при переходе угля к стадии тощих (микротвёрдость, электропроводность и др.).

В качестве оптического критерия степени метаморфизма углей используется показатель отражательной способности витринита; этот показатель применяется и в нефтяной геологии для установления стадии катагенного преобразования осадочной толщи, вмещающей органические вещество. Плотность каменных углей зависит от петрографического состава, количественного содержания и характера минеральных примесей и степени метаморфизма. Наибольшей плотностью (1300-1500 кг/м 3) характеризуются компоненты группы фюзинита, наименьшей (1280-1300 кг/м 3) - группы витринита. Изменение плотности с повышением степени метаморфизма происходит по параболическому закону с инверсией в зоне перехода к группе жирных; в малозольных разностях она снижается от углей марки Д к марке Ж в среднем от 1370 до 1280 кг/м 3 и затем последовательно возрастает к углям марки Т до 1340 кг/м 3 . Общая пористость углей, устанавливаемая по теплоте смачивания, изменяется также по параболическому закону; для донецких углей марки Д она составляет 22-14%, углей марки К - 4-8% и увеличивается (по-видимому, в результате разуплотнения) до 10-15% углей марки Т. Эндогенная (развившаяся в процессе образования угля) трещиноватость, оцениваемая по количеству трещин на каждые 5 см. блестящего угля, контролируется стадией метаморфизма углей; она возрастает до 12 трещин при переходе бурых углей в длиннопламенные, имеет максимум в 35-60 у коксовых углей и последовательно уменьшается до 12-15 трещин при переходе к антрацитам. Такой же закономерности подчинены изменения упругих свойств углей - модуля Юнга, коэффициент Пуассона, модуля сдвига (среза), скорости ультразвука. Главные технологические свойства, определяющие ценность каменных углей, - спекаемость и коксуемость.

Мировые геологические запасы (ресурсы) каменных углей учитываются несколькими международными организациями на основе различных, во многом трудно сопоставимых параметров, вследствие чего приводят к различных итогам, колеблющимся от 8 до 16 трлн. тонн. Из 14,8 трлн. т мировых геологических запасов (ресурсов) натурального топлива на долю каменных углей приходится 9,4 трлн. тонн.

Про каменный уголь

Каменный уголь - это твердое исчерпаемое невосстановимое полезное ископаемое, которое человек использует для получения тепла путем его сжигания. По классификации относится к осадочным горным породам.

Что это такое?

Уголь, как источник энергии, люди стали использовать еще в древности наравне с дровами. «Горючий камень» находили на поверхности земли, позже его стали целенаправленно добывать из-под нее.

Каменный уголь появился на Земле около 300-350 млн лет назад, когда на первобытных болотах пышно росли древовидные папоротники и начали появляться первые голосеменные растения. Огромные стволы падали в воду, постепенно образуя толстые слои неразложившейся органической массы. Древесина при ограниченном доступе кислорода не гнила, а постепенно погружалась под своим весом все глубже. Со временем, благодаря смещению пластов земной коры, эти слои опустились на значительную глубину и там, под воздействием большого давления и повышенной температуры, произошло качественное изменение дерева в уголь.

Виды угля

Сегодня добывают различные виды каменного угля.

Антрациты - наиболее твердые сорта с большой глубины и имеющие максимальную температуру сгорания.Каменный уголь - множество сортов, добываемых в шахтах и открытым способом. Имеет самое широкое распространение во многих сферах деятельности человека.Бурый уголь - образовался из остатков торфа, самый молодой вид угля. Имеет самую низкую температуру сгорания.

Все виды угля залегают пластами и места их расположения называются угольными бассейнами.

Добыча угля

Поначалу каменный уголь просто собирался в местах выхода пласта на поверхность. Это могло произойти в результате смещения слоев земной коры.

Часто после обвалов в горной местности такие выходы залежи оголялись, и люди получали возможность добраться до кусков «горючего камня».

Позже, когда появилась примитивная техника, уголь стали разрабатывать открытым способом. Некоторые угольные копи погружались на глубину более 300 метров.

Сегодня, благодаря наличию сложной современной техники, люди опускаются под землю в шахты, глубиной больше километра. С этих горизонтов добывают самый качественный и ценный каменный уголь.

Где используется уголь

Все виды угля можно применять для получения тепла. При сгорании оно выделяется в гораздо большем количестве, чем можно получить его от дров или других твердых видов топлива. Самые жаркие сорта угля используют в металлургии, где нужны высокие температуры.

Кроме того, уголь – ценное сырье для химической промышленности. Из него добывают множество нужных и полезных веществ

«Как образовался каменный уголь» краткое сообщение, изложенное в этой статье, поможет Вам подготовиться к занятию и расширить область своих знаний на эту тему.

Сообщение «Как образовался каменный уголь»

Каменный уголь являет собой невосстановимое исчерпаемое твердое полезное ископаемое, используемое человеком для получения тепла в процессе его сжигания. Он относится к горным осадочным породам.

Что нужно для образования каменного угля?

Во-первых, большое количество времени. Когда из растений на дне болот образуется торф, то возникают химические соединения: растения распадаются, частично растворяются или превращаются в метан, углекислый газ.

Во-вторых, всевозможные грибки и бактерии. Благодаря им происходит разложение растительной ткани. Торф начинает накапливать стойкое вещество под названием углерод, которого становиться со временем все больше.

В-третьих, отсутствие кислорода. Если бы он накапливался в торфе, то каменный уголь не смог бы образоваться и просто улетучился.

Как образуется каменный уголь в природе?

Залежи каменного угля образовались из огромного количества растительной массы. Идеальные условия – когда все эти растения накопились в одном месте и не успели полностью разложиться. Болота подходят для этого процесса как нельзя лучше: вода бедная на кислород и поэтому жизнедеятельность бактерий приостанавливается.

После того как растительная масса накопилась в болотах, она, не успев полностью сгнить, спрессовывается отложениями почвы. Так образовывается исходный материал угля – торф. Пласты почвы запечатывают его в земле без доступа кислорода и воды. Со временем торф превращается в пласт угля. Данный процесс длительный – значительная часть запасов каменного угля образовалась больше 300 млн. лет назад.

И чем дольше по времени уголь залегает в пластах земли, тем сильнее ископаемое подвергается действию и давлению глубинного жара. В болотах, где накапливается торф, с водой попадают песок, глина и растворенные вещества, которые откладываются в угле. Данные примеси дают прослои в полезном ископаемом, разделяя его на слои. При очищении угля от них остается одна зола.

Выделяют несколько видов угля — каменный уголь, бурый уголь, лигнит, богхед, антрацит. Сегодня в мире насчитывается 3,6 тысяч угольных бассейнов, которые занимают 15% земной суши. Наибольший процент мирового запаса ископаемого принадлежит США (23%), второе место заняла Россия (13%), а третье – Китай (11%).

Надеемся, что доклад «Как образовался каменный уголь» помог Вам подготовиться к занятию. А дополнить сообщение на тему «Как образовался каменный уголь», Вы можете через форму комментариев.