Wpływ zmiany struktury ziarna węgla podczas spalana na erozyjny ubytek jego masy w dwufazowym przepływie materiału inertnego przy zmiennej koncentracji utleniacza

W badaniach wykorzystano węgiel kamienny typu 31.2 z kopalni Sobieski. Proces spalania był prowadzony w atmosferze powietrza atmosferycznego i mieszaniny tlenu z dwutlenkiem węgla w dwóch konfiguracjach: w otoczeniu swobodnym oraz w przepływie materiału inertnego. Temperatura procesu była o obu przypadkach jednakowa i wynosiła 850o C. Badania struktury węgla przeprowadzono na specjalnie do tego celu spreparowanych sześciennych próbkach o wymiarach 15x15mm. Zmianę własności mechanicznych przeanalizowano w oparciu o trzy parametry: wytrzymałość na ściskanie, twardości Vickersa oraz współczynnik kruchości. Uzyskane w trakcie badań wyniki wskazują zmianę wszystkich przyjętych w analizie parametrów wytrzymałościowych. Świadczą one bez wątpienia o stopniowym osłabianiu struktury węgla zarówno wewnątrz jego objętości jak również na jego powierzchni. W każdej fazie spalania ziarno w wyniku złożonych procesów fizyko chemicznych charakteryzuje się innymi parametrami wytrzymałościowymi. Najbardziej wyraźną zmianę obserwuje się w okresie końca spalania części lotnych wraz z początkiem zapłonu karbonizatu. Kluczowym zjawiskiem warunkującym mechaniczny ubytek masy wydaje się być zapłon karbonizatu. Zauważono korelację pomiędzy intensywnością spalania karbonizatu a mechanicznym ubytkiem masy w wyniku proces erozji. Wzrost koncentracji utleniacza powoduje wzrost ubytku masy zarówno w wyniku reakcji chemicznych jak i mechanicznego rozdrabniania. Badania struktury powierzchni przeprowadzono dodatkowo za pomocą mikroskopu sił atomowych. Otrzymane obrazy ukazują ewolucję powierzchni zachodzącą podczas spalania węgla w otoczeniu swobodnym oraz w dwufazowym przepływie materiału inertnego.

---

In the research hard coal from Sobieski mine was used. The combustion process in the atmosphere of ambient air and mixture of oxygen and carbon dioxide was carried out in two phase flow of inert material. Temperature of process in the both cases was 850oC. The research using prepared 15x15mm cubic coal particles was conducted. The change of mechanical properties on the basis of three parameters was analyzed: compression strength, Vickers hardness and fracture toughness. The results obtained clearly pointed towards the weakness of the coal structure along with the combustion process. In all the phases of coal particles as a result of the complex physical chemical processes there are different strength parameters characterized. The biggest weakness of the coal structure was noted after volatile combustion at the moment of the ignition of char. Thus, the key phenomenon causing the weakness of the coal structure seems to be the process of internal and first and foremost, external char combustion. The research was completed the analysis of the surface by means of microscope of atomic force. The obtained pictures show the surface evolution and the change of during coal combustion in the ambient of air and two phase flow.