СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЗДЫМНОГО КУСКОВОГО УГЛЕРОДИСТОГО ТОПЛИВА
METHOD OF PRODUCING SMOKE-FREE LUMPED CARBONACEOUS FUEL

Предлагаемое изобретение относится к угольной промышленности, а именно к переработке слоевым коксованием отходов угольной промышленности, преимущественно отходов углеобогащения и мелкого угля в облагороженное топливо, и может быть использовано для коммунально-бытового и технологического назначения.
Известен способ получения угольных брикетов, включающий обезвоживание угольного шлама до 10-35% содержания влаги, перемешивание угольных частиц и минеральной составляющей исходного шлама, последующее формование обезвоженного шлама (с гранулометрическим составом - 1 мм не менее 90%) и спекающегося угля, в количестве не менее 25%, с общей зольностью 30-70% под давлением 0,001-20 МПа и последующую термообработку при температуре 200-700°С на протяжении 1-60 минут в неокисленной среде [Патент РФ на изобретение №2087527, кл. C10L 5/08, опубл. 20.08.97].
К недостаткам известного способа относятся значительная себестоимость из-за использования оборудования для прессования и термообработки при высокой температуре на протяжении длительного времени, невозможность использования в промышленных высокопроизводительных топках.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ получения угольных брикетов, включающий смешивание шихты угольного шлама и угольной мелочи с 4-5 мас.% сухого лигносульфоната, брикетирование смеси и последующую термообработку брикетов, при этом используют шихту при влажности 8-14%, при составе угольного шлама фракции 0,5 мм - 50-90 мас.% и угольной мелочи фракции 6 мм - 5-46 мас.%, термообработку брикетов производят в интервале 160-200°С на протяжении 1,0-1,5 ч [патент РФ на изобретение №2078794, кл. C10L 5/20, опубл. 10.05.97].
Недостатками известного способа являются длительность процесса слоевого коксования, недостаточные водостойкость и механическая прочность топлива, необходимость использования специального нестандартного оборудования, невозможность использования в промышленных высокопроизводительных топках с факельным режимом сжигания топлива, высокая себестоимость полученного топлива.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа получения бездымного кускового углеродистого топлива, в котором использование в качестве угольного шлама отходов углеобогащения в количестве 15-35 мас.%, а в качестве угольной мелочи - газового угля фракций менее 3 мм, в количестве 65-85%, после смешивания - термическая обработка инертным теплоносителем до температуры 150-250°С и слоевое коксование обеспечивают ускорение процесса слоевого коксования, этим обеспечивается водостойкость и повышение механической прочности топлива, возможность создания безотходной технологии в работе углеобогатительных фабрик, использования топлива в промышленных высокопроизводительных топках с факельным, кипящим и слоевым режимами сжигания, упрощение технологического процесса, снижение себестоимости полученного топлива.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения бездымного кускового углеродистого топлива, включающего смешивание в шихту угольного шлама и угольной мелочи, термообработку, согласно изобретению предусмотрены следующие отличия:
- в качестве угольного шлама берут отходы углеобогащения в количестве 15-35 мас.%;
- в качестве угольной мелочи - измельченный газовый уголь фракций менее 3 мм, в количестве 65-85 мас.%;
- отходы углеобогащения и измельченный газовый уголь после смешивания термически обрабатывают инертным теплоносителем до температуры 150-250°С;
- смесь, после термической обработки, коксуют.
Кроме того, газовый уголь берут малометаморфизованный низкосернистый, а коксование ведут в коксовых печах слоевым коксованием до температуры по оси камеры коксования 750-1050°С.
Способ поясняется чертежами, где на:
фиг.1 показан график динамики выгорания навески частиц антрацита «А» (в графике кривая 1), тощего угля «Т» (кривая 2), газового угля «Г» (кривая 3);
фиг.3 - график зависимости скорости взаимодействия (RmO) коксовых остатков антрацита «А», тощего «Т» и предлагаемого бездымного топлива с кислородом воздуха от степени конверсии.
Сущность способа заключается в следующем.
Газовый уголь, преимущественно малометаморфизованный низкосернистый, предварительно измельчают до фракций менее 3 мм и тщательно перемешивают с отходами углеобогащения с зольностью 30-50%, при этом отходы углеобогащения в смеси составляют 15-35%, а газовый уголь 65-85%, процентное соотношение в смеси можно регулировать в зависимости от требований потребителя и зольности компонентов. Из-за низких показателей смеси по спекаемости и коксуемости, а именно малой толщины пластического слоя, высокой зольности и высокого выхода летучих веществ, смесь термически обрабатывают инертным теплоносителем до температуры 150-250°С высокоскоростным нагревом в течение 3-5 с, в результате чего ускоряется прогрев до перехода в пластическое состояние в процессе слоевого коксования, увеличивается время пребывания в пластическом состоянии и толщина пластического слоя, улучшается термовосстановительный процесс, уменьшается градиент температуры и усадки в слое полукокса, не сопровождается падением теплопроводности увеличение плотности нагретой смеси и, благодаря возрастанию теплосодержания смеси при загрузке, ускоряется процесс коксования, в результате чего из слабо коксуемой смеси получается кокс с достаточной механической прочностью. Следовательно, предварительная термообработка предлагаемой шихты позволит получать кусковое топливо в традиционных коксовых печах слоевого коксования из слабоспекаемой смеси. Коксование ведут при ускоренных периодах коксования на протяжении 12-14 ч, заканчивают процесс коксования при достижении температуры по оси камеры коксования 750-1050°С.
Полученное таким способом топливо, в виде кускового кокса с размером кусков более 40 мм - 60%, 25-40 мм - 22,5%, имеющее однородную структуру, которая не разрушается (в отличие от брикетов) под действием воды, выдерживает значительные механические нагрузки на раздавливание, стирание, не разрушается при перегрузках и транспортировании, не требует связующего и операции брикетирования.
Предлагаемый способ получения топлива имеет ряд преимуществ перед другими видами топлива: сжигание топливных частиц в высокотемпературной зоне, с температурой более 850°С (по данным лабораторных исследований в динамичном эксперименте) переводит режим горения в фазу, близкую к внешнедиффузионной, где реакционные свойства топлива нивелируются и определяются только скоростью подвода окислителя, при этом время выгорания частиц топлива составляет около 400 с, что ниже, чем при выгорании тощих углей (425 с) и антрацита (430 с), а динамическая кривая выгорания не содержит пика, соответствующего выходу и выгоранию летучих веществ, что видно из графика 1, при этом температурная кривая отвечает выгоранию коксового остатка.
Динамика выгорания навески частиц антрацита «А», тощего угля «Т», газового угля «Г» и предлагаемого бездымного кускового углеродистого топлива показана в графике (фиг.1).
Таким образом, сжигание пылевидных частиц кускового угольного топлива в атмосфере воздуха при факельном режиме работы топки по данным динамических исследований имеет преимущества перед традиционными энергетическими углями марок «Т» (тощий) и «А» (антрацит) по полноте и скорости выгорания.
По кинетеке выгорания, согласно кинетических исследований процесса горения (фиг.2), частицы предложенного топлива при взаимодействии с кислородом воздуха практически мгновенно вступают в реакцию окисления, при этом скорость их взаимодействия выше в 30-40 раз, чем у антрацита: мелкая частица предложенного топлива интенсивно вспыхивает и выгорает, вследствие чего в зоне горения образуется более высокая температура, которая интенсифицирует процессы, протекающие в промышленных печах, например, выработку пара в топках, требующих более интенсивного прихода тепла и жидкого золоудаления (температура плавления золы - 1300°С), поэтому предложенное топливо предпочтительнее энергетических углей «Т» и «А», что позволяет отказываться от этих дорогих и дефицитных марок угля.
Зависимости скорости взаимодействия коксовых остатков антрацита «А», тощего «Т» и предлагаемого бездымного топлива с кислородом воздуха от степени конверсии (m=0,1 мм, d=0,1-0,16 мм, Т=560°С) показаны в графике (фиг.2).
Пример реализации способа
Берут состав смеси: измельченный газовый уголь шахты Заречная (Россия) - 85% и отходы углеобогатительных фабрик - 15%.
Полученную смесь тщательно перемешивают и термически обрабатывают инертным теплоносителем до температуры 200°С на протяжении 4 с, после чего загружают в коксовые печи слоевого коксования, где процесс коксования протекает ускоренными периодами на протяжении 12 часов, до достижения температуры в печи, по оси, 1000°С.
Показатели технического анализа полученного топлива приведены в таблице.
Рассев по классам крупности кускового угольного топлива: 0-25 мм - 17,6%, более чем 25 мм - 82,4%.
Промышленные испытания бездымного кускового углеродистого топлива, полученного предложенным способом, проведены в котельной установке ОАО «УК Красноармейская-Западная» и показали улучшенные экологические показатели в сравнении с прототипом: снизилось количество выбросов в атмосферу оксида азота в 2,3 раза, оксида серы - в 2,1 раза, оксида углерода (угарного газа) - в 6,7 раза.
Использование предложенного способа получения бездымного кускового углеродистого топлива позволит получить топливо с достаточно высокой теплотой сгорания и механической прочностью, высокой реакционной способностью, скоростью и полнотой выгорания частиц топлива, позволит использовать отходы углеобогащения и создать безотходную технологию углеобогащения, а также улучшить экологические показатели по выбросам в атмосферу.
Возможность планирования качественных показателей предложенного топлива в зависимости от требований потребителя, ценовая конкурентоспособность в сравнении с тощими углями и антрацитом, утилизация отходов углеобогащения обеспечивают экономическую целесообразность применения предложенного топлива.