СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЯ
METHOD OF COAL PROCESSING

Изобретение относится к области энерготехнологической переработки угля, в частности к получению из угля тепловой энергии и высококалорийного твердого топлива (кокса) для металлургии, энергетики и других отраслей промышленности.
Известен целый ряд способов термической обработки углей с использованием техники псевдоожиженного (кипящего) слоя, предназначенных для получения высококалорийного твердого топлива (кокса) преимущественно из бурого угля. Характерным примером является способ термоконтактного коксования угля (способ ТККУ) в кипящем слое (Андрюшенко А.И., Попов А.И. "Основы проектирования энерготехнологических установок электростанций. - М.: Высшая школа, 1980). Коксование мелкозернистого угля осуществляется в аппарате с кипящим слоем при температуре 550-590°С. При этом подвод тепла в кипящий слой обеспечивается за счет промежуточного теплоносителя, роль которого выполняет образующийся в процессе кокс. Для этой цели рециркулируемая часть кокса нагревается в коксонагревателе за счет сжигания пиролизного газа, образующегося при коксовании угля. Основным продуктом данного способа является мелкозернистый кокс (размер частиц - 0-3 мм). Парогазовые продукты термического разложения угля подвергаются конденсации с выделением смолы и пиролизного газа.
Недостатки данного способа заключаются в многостадийности процесса коксования и связанной с этим сложности технологической схемы и конструкций составляющих ее аппаратов, а также в токсичности ряда веществ (фенолы, полиароматические углеводороды и др.), содержащихся в продуктах термического разложения угля.
Известен способ получения металлургического среднетемпературного кокса (RU 22857515 по кл. С10В 49/10 от 29.07.2005 г.). Способ предусматривает получение кокса путем термоокислительной обработки угля в кипящем слое, причем в качестве слоя угля используют уголь с фракционным составом 0-15 мм, а подачу воздуха через слой угля осуществляют при температуре 800-900°С.
Недостатками этого способа являются узкий фракционный состав подаваемого на переработку угля (0-15 мм), требующий повышенных энергетических затрат на измельчение исходного угля, а также высокая температура кокса на выходе из устройства для коксования, равная температуре переработки угля (800-900°С), что вызывает необходимость громоздкой многоступенчатой системы охлаждения твердого продукта.
По патенту RU 2299901, кл. С10В 47/04 от 27.07.05 г., известно устройство для переработки твердого топлива, представляющее собой слоевой аппарат шахтного типа, выполненное комбинированным - из верхнего, среднего и нижнего поясов. Верхний пояс состоит из загрузочного люка, выпускного патрубка газа, гидрозатвора и электротермического устройства. Средний пояс состоит из цилиндрического корпуса и водяной рубашки, а нижний пояс выполнен в виде усеченного конуса и состоит из выгрузочного устройства, колосниковой решетки, устройства подвода воздуха и/или охлаждающего газа и термоэлектрических датчиков.
Его недостатками являются периодичность действия и низкая удельная производительность ввиду продолжительного нахождения угля в аппарате (несколько часов), что в совокупности обуславливает высокие удельные капитальные затраты на единицу продукции.
Наиболее близким к заявляемому устройству является капитальный агрегат с кипящим слоем для сжигания угля (Баксаков А.П., Мацнев В.В. и Распопов И.В. "Котлы и топки с кипящим слоем", М.: Энергоатомиздат, 1995 г.).
Однако этот котельный агрегат предназначен для производства только тепловой энергии при минимальном механическом недожоге твердого топлива. Еще его недостатком является необходимость утилизации золошлаковых отходов, что приводит к загрязнению окружающей среды.
Задача изобретения состоит в повышении эффективности и упрощении способа термической переработки угля, а также в повышении экологической безопасности.
Техническим результатом изобретения является получение из угля высококалорийного твердого топлива и тепловой энергии.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе переработки угля с получением твердого топлива и тепловой энергии, включающем термоокислительную обработку измельченного угля в двух секциях аппарата с кипящим слоем, предусматривают то, что в первую секцию аппарата подают уголь фракции 0-35 мм и воздух, поддерживают в первой секции температуру 650-800°С, обеспечивают переток продукта из первой секции во вторую через барьер, установленный в аппарате между упомянутыми секциями, причем во вторую секцию подают водяной пар или охлажденные дымовые газы с обеспечением охлаждения полученного кокса до 150-250°С, при этом обработку угля в двух секциях аппарата с кипящим слоем осуществляют в течение времени, не превышающем 10 секунд, и процесс осуществляют в аппарате кипящего слоя, выполненном в виде котельного агрегата с топкой, содержащей две секции кипящего слоя, разделенные барьером и снабженные средствами подачи воздуха в первую секцию и водяного пара или охлажденных дымовых газов во вторую секцию.
На чертеже схематично изображено устройство для осуществления способа переработки угля. Оно содержит котельный агрегат 1 с топкой, разделенной барьером 2 на две секции кипящего слоя 3 и 4. Подсекции 5 служат для подачи воздуха в секцию 3, а каналы 6 предназначены для подачи охлаждающего агента.
Уголь в секцию 3 подается через питатель 7.
Способ переработки угля в высококалорийное технологическое твердое топливо осуществляют следующий образом. В первую секцию 3 с псевдоожиженным (кипящим) слоем угля, который в зависимости от назначенного режима, определяемого соотношением расхода воздушного дутья к расходу угля, имеет температуру от 650 до 800°С, питателем 7 непрерывно подают предварительно измельченный уголь фракции 0-35 мм. При этом происходит дробление крупных фракций угля в результате термического удара при попадании в кипящий слой с высокой температурой. Более крупные частицы угля, нагреваясь до температуры слоя и перемещаясь в горизонтальном направлении вдоль первой секции кипящего слоя 3, последовательно проходят стадии сушки и пиролиза и частичной газификации. Воздух в первую секцию 3 подводится через независимо регулируемые подсекции 5 по длине кипящего слоя. Далее путем перетока через барьер 2, разделяющий секции 3 и 4, частицы кокса поступают во вторую секцию кипящего слоя 4, где для охлаждения (тушения) кокса до, например, 150-250°С в качестве дутья через каналы 6 используется водяной пар или дымовые газы, охлажденные в хвостовых поверхностях котельного агрегата 1. Суммарное время нахождения частиц перерабатываемого угля в обеих секциях, как правило, не превышает 10 с, что обуславливает высокую удельную производительность установки. Мелкодисперсный уголь, парогазовые продукты термического разложения угля, а также продукты газификации кокса частично сгорают в первой секции кипящего слоя 3, обеспечивая его рабочую температуру, выносятся из кипящего слоя и догорают в надслоевом пространстве за счет подачи вторичного воздушного дутья. Образовавшиеся продукты сгорания и излучающая поверхность кипящего слоя, а также нагретые газы из второй секции кипящего газа 4 отдают тепло поверхностям нагрева котельного агрегата 1 для генерации тепловой энергии в виде горячей воды или водяного пара.
Тепло от продуктов сгорания и от излучающей поверхности кипящего слоя передается поверхностям нагрева котельного агрегата 1 для генерации тепловой энергии - горячей воды или водяного пара с заданными параметрами.
В примере, иллюстрирующем способ и устройство, использованы результаты балансового испытания модернизированного котельного агрегата КВТС-20, в котором типовая топка заменена разделенными барьером двумя секциями кипящего слоя, в первую из которых для псевдоожижения угля подведен воздух, а во вторую - охлажденные в хвостовых поверхностях котла дымовые газы.
В таблице 1 приведены технические показатели работы модернизированного котельного агрегата КВТС-20, в таблицах 2-3 - характеристики использованного угля фракции 0-35 мм марки 2Б разреза "Березовский-1" Канско-Ачинского угольного бассейна и полученного из него продукта - высококалорийного твердого топлива - кокса.
Таблица 1Технические показатели работы модернизированного котельного агрегата КВТС-20
Общее потребление угля:
Расход угля
14 т/ч
Температура в секции термоокислительной обработки
690-740°С
Теплосодержание угля
51,8 Гкал/ч
Производство энергетической продукции
Горячая вода
20 Гкал/ч
Тепловой КПД-брутто котла
83%
Расход угля на производство тепла
6,5 т/ч
Удельный расход угля т/Гкал
0,325
Производство буроугольного кокса
Теплосодержание производимого кокса
23 Гкал/ч
Выход кокса
3,33 т/ч
Температура кокса на выходе из секции охлаждения
190-220°С
Расход угля на производства полукокса (при КПД 83%)
7,5 т/ч
Удельный расход угля т/т кокса
2,25
Всего полезной продукции (100%)
В том числе:
Горячая вода (46,7%)
20 Гкал/ч
Теплосодержание полукокса (53,3%)
23 Гкал/ч
Энергетический КПД производства в целом
83%
Таблица 2Технический и элементарный анализ исходного угля
W<sup>r</sup> <sub>t</sub>
A<sup>d</sup>
V<sup>daf</sup>
С<sup>daf</sup>
O<sup>daf</sup>
Н<sup>daf</sup>
N<sup>daf</sup>
S<sub>t</sub> <sup>d</sup>
Q<sub>i</sub> <sup>r</sup>
34,0%
7,0%
48,0%
70,0%
24,0%
5,0%
0,7%
0,3%
3700 (15,5) ккал/кг (МДж/кг)
Таблица 3
Технический и элементарный анализ полученного кокса
W<sup>r</sup> <sub>t</sub>
A<sup>d</sup>
V<sup>daf</sup>
С<sup>daf</sup>
O<sup>daf</sup>
Н<sup>daf</sup>
N<sup>daf</sup>
S<sub>t</sub> <sup>d</sup>
Q<sub>i</sub> <sup>r</sup>
2,0
14,7
10,2
92,2
5,7
1,6
0,3
0,2
6900 (28,9) ккал/кг (Мдж/кг)
Таким образом, предложенный способ позволяет перерабатывать уголь фракции 0-35 мм в высококалорийное твердое топливо с одновременным производством тепловой энергии.