ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ПЕРЕРАБОТКЕ УГЛЯ

Изобретение относится к технологиям переработки угля путем его обогащения и сжигания. Оно может использоваться в угольной промышленности и энергетике.
Известны способы переработки угля на углеобогатительных фабриках (см. 1. Справочник по обогащению углей. Под ред. И.С.Благова, А.М.Коткина, Л.С.Зарубина. 2 изд. перераб. и доп. М.: Недра, 1984, с.54-70). В существующих технологических схемах применяются процессы дробления угля, обогащение крупных и мелких классов с выпуском концентрата, промпродукта и породы. Особенностью углеобогатительных фабрик с мокрым процессом обогащения является наличие тонкозернистых угольных шламов, которые при замкнутых циклах водношламовой схемы улавливаются и обезвоживаются на фильтпрессах. Полученный при этом фильтркек, как правило, смешивается с породой и отгружается в отвал, либо в небольших количествах подшихтовывается к промпродукту или концентрату, тем самым ухудшая их качество по влажности и зольности.
х
Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату является способ утилизации тонких угольных шламов методом сжигания в виде водоугольных суспензий, изложенный в работах (см. 2. Д.Моррисон, А.Скарони, Д.Батиста. Использование угольных шламов для производства водоугольного топлива. XIII International Coal Preparation Congress. Brisbane, Australia 4-10 October, 1998, p.643-645. 3. Miller B.G., Miller S.F., Morrison J.D., Scaroni A.W, 1997, Co-firing coal-water slurry fuel with pulverized coal as a NO reduction strategy, Fourteenth Annual International Pittsburgh Coal Conference, University of Pittsburgh, Taiyuan, P R China, Adobe Systems, CD ROM Paper 23-4). Согласно данного способа тонкий угольный шлам из отстойника доставляется к месту его сжигания. Осуществляется приготовление водоугольной суспензии низкой концентрации, которая сжигается в котлоагрегатах совместно с пылеугольным топливом.
Недостатками аналога и прототипа являются:
- необходимость использования внешних отвалов для складирования и хранения тонких угольных шламов;
- дополнительные затраты на добычу и транспортировку шламов к месту их сжигания;
- низкая эффективность сжигания вследствие высокой влажности угольных шламов;
- недостаточная стабильность получаемой суспензии с высокой влажностью;
- необходимость применения дополнительного топлива для устойчивого горения водоугольной суспензии из угольных шламов.
Задачами, решаемыми предлагаемым изобретением, являются:
- устранение недостатков, присущих аналогу или прототипу;
- ликвидация шламовых отстойников и хвостохранилищ;
- повышение стабильности и устойчивости горения водоугольной суспензии из тонких угольных шламов;
- обеспечение надежного удаления летучей золы из зоны горения топлива.
с
Поставленные задачи решаются тем, что технологический комплекс по переработке угля дополнительно оборудован установкой для получения высококонцентрированной водоугольной суспензии, представленной механическим смесителем с дозированной подачей в него угольных шламов и технической воды с пластифицирующей добавкой, разгрузочный патрубок которого снабжен контрольным ситом с вибратором, а приемная емкость выполнена в виде двух последовательных гидравлически связанных между собой отсеков, в последующем из которых установлен погружной насос-активатор, напорный патрубок которого соединен трубопроводом с аккумулирующей емкостью, при этом топки котлоагрегатов оборудованы вихревыми камерами для сжигания полученной суспензии, подаваемой насосами из аккумулирующей емкости через фильтры тонкой очистки на форсунки, причем размер щелей фильтров определяется соотношением  где d - диаметр сопел форсунок.
Оборудование комплекса установкой для получения высококонцентрированной водоугольной суспензии, представленной механическим смесителем с дозированной подачей в него обезвоженных угольных шламов и технической воды с пластифицирующей добавкой обеспечивает:
- исключение выпуска за пределы комплекса тонких угольных шламов и тем самым ликвидацию шламовых отстойников и хвостохранилищ;
- получение высококонцентрированной водоугольной суспензии с минимальными энергетическими, а значит и эксплуатационными затратами;
- получение высококонцентрированной водоугольной суспензии на основе тонких угольных шламов с наперед заданными свойствами по содержанию твердой фазы, вязкости и низшей теплоте сгорания.
Снабжение разгрузочного патрубка смесителя контрольным ситом с вибратором позволяет исключить попадание в готовую водоугольную суспензию посторонних предметов (щепы, резины и пр.) и крупных кусков угля и породы.
Выполнение приемной емкости в виде двух последовательно установленных и гидравлически связанных между собой отсеков, и установка в последующем отсеке погружного насоса-активатора, напорный патрубок которого соединен трубопроводом с аккумулирующей емкостью, обеспечивает:
- безаварийную работу насоса-активатора при возможном прорыве контрольного сита и попадания металлических предметов в приемную емкость;
- получение высококонцентрированной водоугольной суспензии постоянного качества с необходимыми реологическими характеристиками и стабильностью.
с
Оборудование топок котлоагрегатов вихревыми камерами для сжигания полученной суспензии, подаваемой насосами из аккумулирующей емкости через фильтры тонкой очистки на форсунки, размер щелей которых определяется соотношением  где d - диаметр сопел форсунок, обеспечивает:
- стабильное и устойчивое горение водоугольной суспензии даже с высокой зольностью (до 60-65%) в котлоагрегатах без применения дополнительных видов топлив;
- надежное удаление летучей золы с продуктами горения из зоны сжигания;
- исключение забивания сопел форсунок крупными частицами твердой фазы и возможными сгустками топлива.
Технологический комплекс по переработке угля включает в себя установку для дробления и обогащения угля, установку для получения высококонцентрированной водоугольной суспензии и станцию с котлоагрегатами для получения тепловой и(или) электрической энергии. Установка для получения высококонцентрированной водоугольной суспензии (фиг.1) состоит из бункера для обезвоженного угольного шлама с
с
ленточным дозатором 1, механического смесителя 2 с разгрузочным патрубком 3, емкости 4 с мешалкой для раствора реагента-пластификатора. Разгрузочный патрубок оборудован контрольным ситом с вибратором 5. Приемная емкость смесителя 2 выполнена в виде двух последовательных гидравлически связанных между собой отсеков 6 и 7. В последующем отсеке 7 установлен погружной насос-активатор 8, напорный патрубок 9 которого соединен трубопроводом с аккумулирующей емкостью 10. Топки котлоагрегатов оборудованы вихревыми камерами сжигания, схема которых представлена на фиг.2. На камерах сжигания установлены горелочные устройства 13 с форсунками 14. На всасывающих патрубках подающих насосов 11 установлены самоочищающиеся фильтры тонкой очистки 12, размер щелей которых , где d - диаметр сопел форсунок. Для распыла суспензии станция котлоагрегатов оборудована компрессором 15.
Технологический комплекс по переработке угля работает следующим образом.
На установке для дробления и обогащения угля кроме концентрата, промпродукта и породы получается до 10-20% угольного шлама крупностью 0-500 (1000) мкм. Угольный шлам после обезвоживания, как правило, на пресс-фильтрах направляется на установку приготовления суспензионного водоугольного топлива. При этом угольный шлам загружается в приемный бункер с дозатором 1 и ленточным конвейером подается в смеситель 2. При этом включаются рабочие перемешивающие органы смесителя. Одновременно в смеситель дозировано подается технологическая вода из существующей системы и раствор реагента-пластификатора из емкости 4 до заполнения фиксированного (рабочего) объема смесителя готовой суспензией. После заполнения фиксированного (рабочего) объема смесителя дозированная подача исходных продуктов в смеситель прекращается, а перемешивание продолжается до получения гомогенной смеси. После окончания перемешивания готовое суспензионное топливо разгружается через разгрузочный патрубок 3 на контрольное сито с вибратором 5. Щепа, резина, крупные частицы угля и породы и др. посторонние предметы удаляются в емкость отходов, а высококонцентрированная водоугольная суспензия самотеком поступает в отсек 6 и затем перетекает в отсек 7, откуда погружным насосом-активатором 8 перекачивается через напорный патрубок 9 и трубопровод в аккумулирующую емкость 10. При возможной нештатной ситуации, вызванной прорывом контрольного сита, посторонние металлические предметы будут уловлены в отсеке 6. Из аккумулирующей емкости суспензия,
проходя фильтры тонкой очистки 12, насосами 11 подается на форсунки 14 горелочных устройств 13, установленных на вихревых камерах сжигания, которыми оборудованы топки котлоагрегатов. На фиг.2 показана схема работы вихревой камеры сжигания, установленной в топке котлоагрегата. За счет тангенциальной подачи распыленного топлива в вихревую топку котла и вихревого движения образовавшихся при распылении капель горящего топлива и воздушных потоков (окислителя) обеспечивается надежная и устойчивая работа котлоагрегата даже при высоком значении зольности твердой фазы в суспензионном топливе. Образовавшиеся в процессе горения капель топлива частицы, теряя свою массу, приближаются к оси вращения и, достигая уровня выходного окна, уносятся в конвективную часть котлоагрегата и далее в пылеулавливающее устройство (на фиг.2 не показано). Очищенные дымовые газы дымососом выбрасываются через дымовую трубу в атмосферу (на фиг.2 не показано). Тепловая энергия котлоагрегата используется либо на отопление или другие нужды, либо водяной пар поступает на турбины, вырабатывающие электрическую энергию (на фиг.2 не показано).
Техническая осуществимость и высокая экономическая эффективность разработанного технического предложения подтверждается работой комплекса на демонстрационной установке в г.Новокузнецке и на промышленном комплексе при обогатительной фабрике шахты «Заречная» в г.Ленинск-Кузнецком Кемеровской области.
Пример выполнения разработанного технического предложения на демонстрационной установке.
В смеситель с рабочим объемом 50 л загружали:
- техническую воду
- 4,7 кг;
- реагент-пластификатор
- 0,4 кг;
- обезвоженный угольный шлам (отходы флотации) с зольностью 50,4% и влажностью 30%
- 57,4 кг.
3
Общая масса загруженных материалов составила 62,5 кг, т.е. при плотности готовой суспензии 1250 кг/м рабочий объем составил 50 л.
После перемешивания в течение 10 мин получили гомогенную высококонцентрированную суспензию с массовой долей твердой фазы 65%, эффективной вязкостью 550 мПа·с и низшей теплотой сгорания 3100 ккал/кг.
Полученную порцию суспензии пропустили через сито с диаметром ячейки 3 мм, а затем обработали насосом-активатором (РПА) и подали в емкость. Из емкости суспензию через фильтр шланговым насосом подали на форсунку горелочного устройства,
установленного на вихревой камере сжигания. Размер щели фильтра составляет 1,5 мм при диаметре сопла 5 мм, что обеспечивает надежную без забивания работу форсунки. Результаты сжигания представлены ниже:
- подача насоса
- 50 л/ч
- давление суспензионного топлива
- 0,2 МПа
- давление сжатого распыляющего воздуха
- 0,2 МПа
- температура в топке
- 1000°С
- выход окислов азота (NO<sub>x</sub>)
- 100 мг/м<sup>3</sup>
- выход оксидов углерода (СО)
- 155 мг/м<sup>3</sup>
Пример выполнения предлагаемой полезной модели на промышленном комплексе.
Обогатительная фабрика шахты «Заречная» путем переработки исходного угля марки Г выпускает концентрат зольностью 7,5%, породу зольностью 65% и угольный шлам влажностью 30% и зольностью 35%.
При технологическом комплексе фабрики создана установка по приготовлению суспензионного топлива из обезвоженных угольных шламов, состоящая из смесителя, вибрационного контрольного сита, приемной емкости с двумя отсеками, в одном из которых установлен погружной насос-активатор, аккумулирующей емкости с подающими насосами, фильтра тонкой очистки и котлоагрегата с вихревой камерой сжигания (фото 1, 2, 3).
Техническая характеристика технологического комплекса
Производительность по суспензии
- до 10 т/ч
Массовая доля твердой фазы
- до 65%
Эффективная вязкость
- не более 600 мПа·с
Зольность твердой фазы
- 30-35%
Крупность частиц в суспензии
- 0-500 мкм
Низшая теплота сгорания
- до 3200 ккал/кг
Установленная мощность установки приготовления суспензии
- 88 кВт
Теплопроизводительность котлоагрегата
- 0,5 Гкал/ч
Подача топлива в котлоагрегат
- до 350 л/ч
3
Комплекс работает следующим образом. Обезвоженный кек пресс-фильтров с влажностью 30-32% автопогрузчиком загружается в приемную воронку ленточного конвейера, которым направляется в смеситель с рабочим объемом 1,5 м. Предварительно в смеситель загружается:
- техническая вода
- 139 л;
- реагент-пластификатор
- 12 кг.
3
Количество загружаемого в смеситель шлама составляет 1724 кг, при этом происходит заполнение рабочего объема (1500 л) получаемой суспензией с плотностью 1250 кг/м.
3
После перемешивания в течение 30 мин образуется гомогенная суспензия с массовой долей твердой фазы 65%, которая через разгрузочный патрубок разгружается на вибросито с ячейкой 3,5 мм. Выделенные посторонние предметы и крупные кусочки угля и породы отделяются в емкость отходов, а суспензия поступает в первый отсек приемной емкости и перетекает во второй отсек, где установлен погружной насос-активатор. Насосом-активатором готовая суспензия обрабатывается и перекачивается в аккумулирующую емкость вместимостью 5 м. Из аккумулирующей емкости высококонцентрированная суспензия шланговым насосом с регулируемым приводом подается через самоочищающийся фильтр тонкой очистки на форсунку горелочного устройства, установленного на вихревой камере сжигания водяного котла Е-1-9. Размер щели фильтра 2 мм при диаметре сопел форсунок 6 мм.
В результате эксплуатации технологического комплекса установлена высокая надежность и экономическая эффективность работы котлоагрегата при сжигании получаемого суспензионного топлива.