УСТАНОВКА ДЛЯ БРИКЕТИРОВАНИЯ УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ
PLANT FOR BRIQUETTING OF COAL SLACKS

Изобретение относится к области изготовления на основе мелкофракционных углеродсодержащих материалов брикетного твердого топлива, используемого для сжигания в топках малых котельных жилищно-коммунального хозяйства и промышленных предприятий, железнодорожных вагонов, бытовых печах населения и других энергетических установках малой мощности, а также в качестве каминного топлива.
Известны способы брикетирования каменных углей и антрацитов, включающие обезвоживание и сушку исходного угля до влажности 2-3%, смешивания его с жидкими или твердыми связующими (нефтебитумы, каменноугольный пек, сульфат-спиртовая барда, твердые глины, цемент), прессование смеси давлением 20-50 МПа, и последующее охлаждение (см. Елишевич А.Т. Технология брикетирования полезных ископаемых. - М.: Недра, 1989, с.86, 92, 98, 101, 106).
Эти способы брикетирования имеют следующие недостатки:
Во-первых, операции по глубокому обезвоживанию и термической сушке исходного угля до минимальных значений по влажности, т.е. до 2-3%, что приводит к увеличению затрат.
Во-вторых, существующие технологии брикетирования каменных углей и антрацитов не предназначены для использования в качестве исходного сырья коксовой пыли (класс крупности 0-1,0 мм).
Для устранения этих недостатков предлагаются, новые способы и оборудование для переработки угольных шламов.
Известна установка (патент RU 2311296, МПК B03B 11/14, опубл. 27.11.2007), которая содержит приемный бункер, шнек с корпусом шнека и размещенную в каркасе каретку с пресс-формами. Каждая пресс-форма образована боковыми стенками и днищем в виде поршня со штоком, геометрическая ось которого параллельна геометрической оси шнека. Каретка с пресс-формами установлена с возможностью возвратно-поступательного движения в направлении, перпендикулярном оси шнека. Штоки поршней пресс-форм попарно соединены шарнирами с концами равноплечего рычага, опирающегося на центральный шток.
Недостатком установки является сложность ее изготовления, кроме того, полученные брикеты обладают недостаточно высокой прочностью.
Известна установка (патент RU 2095398, МПК C10L 5/00, опубл. 10.11.1997) для получения углеродсодержащих брикетов, которая содержит последовательно установленные смеситель с бункером дозированной подачи термообработанного измельченного углеродсодержащего материала и средством для подачи связующего, брикетный (например, валковый) пресс, горизонтальную конвейерную камеру для термообработки брикетов со средствами для подачи и циркуляции теплоносителя через движущиеся слои брикетов, установленными в каждой из герметично соединенных между собой горизонтально установленных секций, наклонно установленный под углом 2-10 градусов к горизонту вращающийся барабан для охлаждения термообработанных брикетов, снабженный бункером для подачи измельченного углеродсодержащего материала для его термообработки, сушки, при их перемешивании с горячими брикетами с помощью насадок, выполненных на внутренней поверхности барабана с уменьшающимся шагом в сторону бункера для выгрузки термообработанного углеродсодержащего материала и остывших готовых брикетов из барабана в сепаратор для отделения готовых брикетов от термообработанной углеродсодержащей мелочи, средство для возврата термообработанной углеродсодержащей мелочи в смеситель через бункер.
Недостатком установки является недостаточная прочность получаемых брикетов и наличие большого количество отходов, кроме того, установка является достаточно сложной.
Известна система (патент RU 2332443, МПК C10L 5/08, опубл.: 27.08.2008) для брикетирования порошкового материала, содержащего влагу, содержащая брикетировочное устройство, имеющее участок формирования брикетов; средство для частичной сушки порошкового материала; средство для подачи частично высушенного порошкового материала в брикетировочное устройство и средство для создания таких условий, чтобы водяной пар высвобождался из порошкового материала во время его подачи в участок формирования брикетов брикетировочного устройства в условиях температуры и давления, которые приводят к конденсации конденсируемого газа во время формирования брикетов, тем самым уменьшая нарастания давления.
Для брикетирования используют порошковый материал без предварительной сушки. Однако недостатком способа является недостаточно высокая плотность получаемых брикетов и недостаточная их прочность.
3
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является установка для брикетирования угольных шламов (патент RU 2349635, МПК C10L 5/48, опубл.: 20.03.2009). Угольные шламы в установке сначала смешивают с гидрофобизирующей добавкой, выбранной из группы, включающей горючие отходы или остаточные продукты нефтепереработки, отработанные масла, отходы сельскохозяйственного производства или их смеси, взятой в количестве, обеспечивающем теплоту сгорания на сухое состояние брикетов не менее 20 МДж/кг, затем смесь подвергают механохимическому активированию при величине энергонапряженности 100-300 кВт/м с получением сыпучей массы или пульпы, которую возможно осаждают с отделением плотного осадка, который сушат и прессуют с получением брикетов. Операции с сухим шламом производят с аспирацией, с возвращением осажденной шихты в линию прессования, а в активатор и/или сушилку подают горячие дымовые газы. Установка включает шламовый бункер, емкость-смеситель шлама с гидрофобизирующей добавкой, соединенный через вибропитатель с мельницей-активатором, возможно емкости для осаждения шлама, соединенные вибропитателем-дозатором с сушилкой, соединенной также вибропитателем-дозатором с вальцовым прессом, устройство для подачи в мельницу-активатор и/или сушилку горячих дымовых газов с отводом запыленного газа в устройство для аспирации с фильтром и питателем для возврата осажденной шихты в вальцовый пресс.
Недостатком установки является наличие большого количества пыли и недостаточно высокая прочность получаемых брикетов. Кроме того, проведение механохимической активации угольного шлама, смешанного с гидрофобизирующей добавкой, требует значительных энергозатрат.
Задачей является разработка установки, работающей без предварительного обезвоживания угольных шламов, с уменьшенным образованием пыли, увеличением прочности получаемых брикетов и плотности их с сохранением объема пор, необходимого для устойчивого горения брикетов, уменьшение энергозатрат на получения топлива.
Поставленная задача решается с помощью установки для получения угольных брикетов из смеси угольных шламов с влажностью до 60 мас.%, включающей бункер с питателем, узел активации угольного шлама, узел смешения угольного шлама с гидрофобизирующей добавкой, узел прессования.
Узел активации угольного шлама включает устройство для грубого помола угольного шлама без гидрофобизирующей добавки, устройство для тонкого помола угольного шлама и обогреваемую емкость для накопления угольного шлама тонкого помола, узел смешения угольного шлама с гидрофобизирующей добавкой имеет два смесителя, первый смеситель выполнен без подогрева для пассивного смешивания угольного шлама с гидрофобизирующей добавкой, второй смеситель выполнен с возможностью подогрева, перемешивания и перемещения массы в узел прессования, части винтового пресса покрыты абразивостойким композиционным материалом.
Предпочтительно устройство для грубого помола выполнено в виде дробилки.
Предпочтительно узел смешения сырья в качестве второго смесителя имеет обогреваемый шнек с теплоизоляцией.
Предпочтительно устройство для прессования соединено с обогреваемым шнеком с возможностью разборки.
Одним из путей решения проблемы переработки текущих или складируемых ранее техногенных отходов угледобывающих предприятий является разработка установок для брикетирования угольного шлама, способных решать экономические и экологические задачи. В предлагаемом решении предлагается установка, способная перерабатывать практически любое угольное сырье, начиная с кусков геометрического объема 150×150×150 мм и ниже, до использования коксовой пыли размером до 1 мм с высокой влажностью, без предварительной термической сушки исходного угольного шлама до влажности 2-3%.
Технологическая установка, показанная на фиг.1, включает следующие элементы:
1 - устройство для грубого помола, 2 - устройство для тонкого помола после проведения грубого помола, 3 - пассивный смеситель с подогревом - обогреваемая емкость для накопления угольного шлама после тонкого помола, 4 - емкость для хранения связующего материала, 5 - емкость с готовым связующим материалом, 6 - первый смеситель без подогрева для пассивного смешивания, 7 - второй смеситель для активного смешивания с нагревом и подачи массы в пресс, 8 - узел прессования, 9 - узел фасовки, 10 - управление и контроль работы установки.
3
В узле активации угольного шлама в качестве устройства для грубого помола 1 используются дробилки, в качестве устройства для тонкого помола 2 используются любые устройства, известные из уровня техники, позволяющие производить тонкий помол до необходимых размеров частиц с энергонапряженностью предпочтительно до 100 кВт/м.
Установка работает следующим образом: предварительно очищенный угольный шлам с влажностью до 60 мас % от различных металлических примесей, например, с помощью конвейера с магнитной ловушкой, подают в устройство 1 для проведения грубого помола, затем грубо измельченный угольный шлам перемещают в устройство 2 для мелкого помола. После проведения мелкого помола угольный шлам с заданным размером частиц перемещают в пассивную обогреваемую емкость 3 для накопления подготовленного угольного шлама. Затем в первый смеситель 6, выполненный без подогрева, через дозаторы с определенной скоростью дозируется подготовленный угольный шлам из емкости 4 и подготовленное связующее - гидрофобизирующая добавка из емкости 5. В качестве связующего используют предпочтительно отходы переработки нефти, но могут быть использованы любые гидрофобизирующие связующие, которые доступны в конкретном месте производства брикетов. После введения подготовленного сырья в первый смеситель 6, массу выдерживают в смесителе 6 до 30 мин и затем ее подают во второй смеситель 7.
В качестве второго смесителя 7 предпочтительно используют смеситель с установленными ленточными обогревателями и транспортными лопастями.
В качестве пресса 8 используется винтовой пресс высокого давления, части которого покрыты абразивостойким композиционным материалом, что дало возможность увеличить удельное давление брикетирования. Увеличение удельного давления достигается за счет снижения трения угольного шлама, подготовленного как описано выше, со стенками камеры диффузора, поверхности винта и фильеры, а также за счет выделения водяного пара, так как второй смеситель выполнен с подогревом.
В качестве композиционного материала используется любой материал, известный из уровня техники со следующими свойствами - высокая износостойкость при малых частицах абразива и умеренных ударов, полная твердость уже в первом слое, поверхность наплавленного слоя гладкая, ее твердость должна быть не менее 68-76 HRC.
Известно, что высокое давление прессования (25 МПа) экономически невыгодно и технически труднодостижимо (патент RU 2468071). Результатом предлагаемого решения является то, что в установке появилась возможность увеличения силы прессования до 40-60 МПа без значительных затрат.
3
Был изготовлен опытный образец для брикетирования производительностью 1 т/ч, в котором устройство для прессования соединено с обогреваемым шнеком с теплоизоляцией с возможностью разборки. Энергозатраты на образце составили в 3-4 раза меньше, чем у аналогов. Плотность полученных брикетов составила 1,4-1,6 г/см, что на 30-50% выше, чем у аналогов.
Испытания показали, что полученные брикеты устойчиво горят.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение из угольного шлама брикетов без предварительного обезвоживания, сравнимых по плотности с плотностью кускового угля, имеющих повышенную прочность. Разработана установка, которая практически не имеет пыли и экологична. Использование устройства для крупного помола, а затем использование устройства для мелкого помола позволяет добиться рекомендуемого гранулометрического состава углеродного компонента, что позволяет получить высокую плотность брикетов.
В известных решениях помол проводится в активаторах с высокой энергонапряженностью, что приводит к большому количеству пыли.
Небольшое усложнение установки за счет использования двухступенчатой системы для размола угольного шлама и двухступенчатой системы для смешения активированного шлама с гидрофобизирующей добавкой привело к получению более экологичной установки и способствовало вместе с другими конструктивными особенностями предлагаемой установки получению топлива из техногенных отходов с высокой плотностью, при этом снизить энергозатраты на получение топлива.