Измельчение угля для водоугольного топлива

измельчение угля

Измельчение угля – один из этапов технологического процесса получения водоугольного топлива. Своим появлением водоугольное топливо обязано водоугольной сусупензии, которая использовалась в 50-60-х годах прошлого века для того, чтобы найти применение обводненным частичкам угля. Тогда технология водоугольной суспензии рассматривалась больше как способ утилизации отходов угольной промышленности.

Но мировой нефтяной кризис 70-х годов заставил многие страны искать альтернативу традиционным видам топлива (нефти, мазуту, природному газу). В США, Японии, Швеции и Китае реализуется идея использования в качестве полноценного топлива смеси мелкодисперсного угля и воды. Эта смесь в последствии получила название «водоугольное топливо» или сокращенно – ВУТ. Немного позже, в 80-х годах, для доменных печей и паровых котлов более интенсивно начинает использоваться тонкий порошок угля – пылеугольное топливо.

Состав и свойства водоугольного топлива

Процентный состав водоугольного топлива выглядит следующим образом:

  • мелкодисперсный уголь – 60-70% (тонкость помола 200 мкм и меньше);
  • вода – 30-40%;
  • химические добавки  – до 1%.

Химические добавки используются для лучшего совмещения жидкой (вода) и твердой (измельченный уголь) фаз, а также повышения устойчивости к расслоению полученной смеси.

Водоугольное топливо имеет температуру воспламенения 450-650 °С, температуру горения – 950-1050 °С, а степень его выгорания составляет 99,5%. Также водоугольное топливо экологично в сравнении с традиционными видами топлива, что подтверждается более низким содержанием в продуктах сгорания оксидов азота (в 1,5-2 раза), окиси углерода (в 2 раза) и бензапирена (в 5 раз). Распространению технологии способствует производство топлива из различных марок углей и неприхотливость к качеству воды.

Помол угля как основная стадия производства ВУТ

Классический технологический процесс производства ВУТ состоит из нескольких стадий:

  1. грубое измельчение угля;
  2. тонкодисперсный помол угля;
  3. окончательное смешивание воды и измельченных частиц угля.

На рисунке 1 приведена одна из часто используемых схем получения водоугольного топлива.

измельчение угля схема

Рисунок 1 – Схема производства водоугольного топлива: 1 – угольный бункер, 2 – шнековый питатель, 3 – смеситель, 4 – мешалка, 5 – шаровая барабанная мельница «мокрого» помола угля, 6 – электропривод, 7 – гидроциклон, 8 – промежуточный бак, 9 – расходный перистальтический насос, А – сырой уголь, В – вода, С – добавка, Д – готовое ВУТ

На схеме не показана мельница грубого измельчения угля, которая позволяет получить частицы размером 6-13 мм.

Как видно из рисунка, процесс получения ВУТ сложен, а сама схема содержит много элементов, т.е. технологическая линия обычно занимает много места.

Чем выполняется измельчение угля

В традиционных системах измельчение угля осуществляется с помощью шаровых и стержневых мельниц. В зависимости от технологической схемы и типа угольной мельницы удельный расход электроэнергии очень большой и в среднем колеблется от 50 до 250 кВт·ч/т. Такие энергозатраты возникают из-за очень низкого энергетического КПД используемого оборудования.

Кроме высоких удельных энергозатрат традиционная технология имеет и другие недостатки:

  • большой разброс размеров частиц измельченного угля;
  • нестабильность характеристик пластичности;
  • необходимость введения химических добавок для стабильности смеси;
  • недожог топлива в котлах большой мощности может составлять более 15%.

Поэтому задача внедрения энергоэффективных мельниц для угля, которые одновременно смогут обеспечить необходимую тонкость помола и стабильность ВУТ, остается актуальной.

Электромагнитная мельница для угля – результаты испытаний

Измельчение угля для водоугольного топливаВ качестве альтернативного оборудования для измельчения угля компанией GlobeCore предлагается аппарат вихревого слоя (электромагнитная мельница).

Конструктивно аппарат вихревого слоя представляет собой индуктор для создания вращающегося электромагнитного поля и рабочую камеру, изготовленную из немагнитного материала. В рабочей камере под действием электромагнитного поля движутся ферромагнитные частицы, которые во время движения создают вихревой слой. Частицы постоянно соударяются друг с другом, со стенками рабочей камеры и с обрабатываемыми веществами (углем и водой). Частота таких соударений очень высока. При этом происходит измельчение угля, а каждая ферромагнитная частица является мини-мешалкой и интенсивно смешивает воду и уголь. То есть происходит одновременное измельчение и смешивание компонентов.

Для исследования эффективности применения электроманитной мельницы в процессе производства ВУТ нами проводился эксперимент, составящих из двух стадий.

Первая стадия – доизмельчение угля фракции 10-15 мм до угольной пыли фракции 0-300 мкм

Сначала мы измельчали уголь фракции 10-15 мм с помощью аппарата вихревого слоя АВС-150 «всухую» на протяжении двух минут. Измельчение угля проверялось с помощью лабораторных сит. Через сито 316 мкм прошло 96% угля. После этого просеянный образец был пропущен через сито 160 мкм и получен результат 60%. А через сито 50 мкм прошло 10% образца.

Вторая стадия – смешивание угольной пыли с водой и пластификатором

Измельчение угля для водоугольного топливаНа второй стадии эксперимента при тех же исходных условиях проводилось «мокрое» измельчение угля с получением ВУТ. Стабильность полученного топлива проверялась в течение пяти дней, по прошествии которых расслоение воды и угля было незначительным. Это позволяет сделать вывод о том, что для в случае применения аппарата вихревого слоя добавление химических веществ для стабильности смеси не обязательно, достаточно только реализовать систему периодической рециркуляции топлива в емкостях хранения.

После высушивания образца опять были использованы лабораторные сита и получены результаты, которые подтверждают большую эффективность «мокрого» помола угля:

  • сито 316 мкм – 98%;
  • сито 160 мкм – 86%;
  • сито 50 мкм – 35%.

В конце эксперимента были исследованы характеристики горения полученного ВУТ и получены такие результаты:

  • температура воспламенения – 750 °С;
  • температура горения – 1000 °С;
  • теплотворная способность – 4200 ккал;
  • степень сгорание углерода – более 99%.

Технологическая схема производства ВУТ на базе аппарата вихревого слоя

Схема производства ВУТ на базе аппарата вихревого слоя АВС-150 приведена на рисунке 2.

помол угля схема

Рисунок 2 – Схема производства ВУТ на базе аппарата вихревого слоя АВС-150

Как видно из рисунка, производительность технологической линии в потоке составляет 5 м3/ч, а потребление энергии одним аппаратом вихревого слоя АВС-150 – 10 кВт, то есть удельные энергозатраты электромагнитной мельницы составят всего 2 кВт·ч/м3, что в десятки раз меньше, чем у шаровых и стержневых мельниц.

Сравнивая рисунок 1 и рисунок 2 можно отметить, что технологическая схема стало намного проще за счет того, что аппарат вихревого слоя обеспечивает не только доизмельчение угля, но и смешивание компонентов. Эти процессы протекают одновременно в потоке, поэтому применение смесителей, мешалок и гидроциклонов не требуется. Таким образом, внедрение АВС позволяет сделать технологические линии для получения ВУТ более энергоэффективными и компактными, а также менее материалоемкими.

Преимущества аппаратов вихревого слоя для процессов измельчения угля

  1. Универсальность. Аппараты вихревого слоя могут использоваться для доизмельчения угля, совместного сжигания угля и биомассы, получения пылеугольного и водоугольного топлива;
  2. Компактность. Аппарат вихревого слоя сам по себе имеет компактные размеры и дополнительно заменяет габаритные мельницы и мешалки;
  3. Энергоэффективность. Удельные энергозатраты АВС составляют всего 2 кВт·ч/м3. Этот показатель в разы и десятки раз меньше, чем у других угольных мельниц.
  4. Бесшумность работы. Аппарат вихревого слоя позволяет отказаться шумных шаровых мельниц, а сам работает бесшумно.

Если вас заинтересовала данная технология для измельчения угля и производства ВУТ, свяжитесь с нами по одному из контактов, размещенных в соответствующем разделе сайта и мы предоставим вам дополнительную информацию.