УДК 662.74:552
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПОЛУЧЕНИЯ ОКУСКОВАННОГО ТОПЛИВА ИЗ МЕЛКИХ КЛАССОВ УГЛЕЙ
© 2013 г. К. И. Наумов, А. С. Малолетнев, О. А. Мазнева
Московский государственный горный университет Е-таИ: АпаЫу-Ма1вШпеу@ rambler.ru; knaumov@mail.ru Поступила в редакцию 22.05.2012 г.
Проанализированы современные технологии получения окускованного топлива методами непрерывного коксования слабоспекающихся углей; брикетирования с последующей термической обработкой; термобрикетирования; пирогенетического окускования и др. Представлены экспериментальные данные по гранулированию термоподготовленных углей мелких классов (менее —13 мм) шахты "Воркутинская" ОАО "Воркутауголь" и Подмосковного бассейна. Дается оценка физико-механических, физико-химических, теплотехнических и экологических свойств полученного гранулированного топлива в сравнении со свойствами сортовых углей Печерского и Подмосковного бассейнов.
Б01: 10.7868/80023117712060084
Основными методами термохимической переработки твердых топлив являются высокотемпературное коксование углей и термическая обработка топлив при температурах 500—700°С (полукоксование). К настоящему времени только процесс коксования углей и переработка прибалтийских сланцев осуществляются в промышленном масштабе. Организация производства полукокса для коммунально-бытовых потребителей и недоменных процессов из неспекающихся, сла-боспекающихся и газовых углей имеет большое народнохозяйственное значение как с экономической точки зрения, так и с точки зрения рационального использования природных ресурсов.
Один из методов получения недоменного кокса — комплексная термохимическая переработка сортовых углей и брикетов в шахтных печах с внутренним газовым теплоносителем. Этот метод дает возможность получать различные сорта кокса и широкий ассортимент химической продукции, поэтому он широко применяется в зарубежной промышленности и по объему перерабатываемого угля стоит на втором месте после коксования в камерных печах. По сравнению с другими способами получения недоменного кокса (коксование в кольцевых печах, на колосниковых решетках, которые не используют химический потенциал углей и применяются за рубежом на установках производительностью не более 100—250 тыс. т кокса/год), коксование в шахтных и вертикальных печах ведется в крупных масштабах.
Наиболее крупные промышленные предприятия с вертикальными и шахтными печами функ-
ционируют в Германии. В шахтных печах типа ЬиЯС1 получают до 2.5 млн. т/год буроугольного кокса для химической промышленности и энергетики. Более 2.0 млн. т/год высокотемпературного кускового кокса для низкошахтных доменных печей, бытовых нужд и других целей производят на коксохимических заводах в вертикальных печах комбинированного типа с внутренним и внешним обогревом. В Польше в печах типа ЬиЯС1 получают коммунально-бытовой кокс и среднетемпературный кокс для переработки в формованное литейное топливо. Более мелкие установки (производительность менее 1.0 млн. т/год) с шахтными печами действуют во Франции, Австралии, Японии, Англии и в других странах.
В России на Ангарском и Ленинск-Кузнецком заводах полукоксования ежегодно перерабатывается до 2.5 млн.т длиннопламенных и газовых углей Иркутского и Кузнецкого бассейнов. Полукокс используют в химической промышленности (производство адсорбентов) и для других специальных целей. Ангарский завод оснащен многозонными печами типа ЬиЯС1 мощностью по углю более 200 т/сут. Производительность печей Ленинск-Кузнецкого завода полукоксования составляет 60 т/сут по углю [1].
Основную часть ангарского среднетемпера-турного кокса использует ОАО "Ангарская нефтехимическая компания" для газификации и переработки технологических газов в водород, метанол, спирты, минеральные удобрения и другую химическую продукцию. Остальной кокс поставляют ферросплавной промышленности, а также для бытовых целей.
Таблица 1. Характеристика исходного сырья и твердых товарных продуктов Ангарского и Ленинск-Кузнецкого заводов с шахтными печами [1]
Показатель Завод полукоксования
Ангарский Ленинск-Кузнецкий
Сырье:
марка углей Д, Гб Д
бассейн Иркутский Кузнецкий
месторождение Черемховское Ленинское
сорт углей Концентрат ОФ* Рядовой после шахтной сортировки
Крупность, мм 13-80 25-100
Содержание мелочи, % не более 5 15
Влажность % До 13.0 До 9.0
Зольность Л1, % До 18.0 До 7.5
Выход летучих веществ У1"?, % 46-48 42-44
Спекаемость:
по толщине пластического слоя (ГОСТ 1186-70), мм 0-10 0
по индексу вспучивания при 600°С (ГОСТ 14056-79), мм 0-30 0-10
Полукокс:
крупность, мм 10-60 5-60
влажность , % До 13.0 До 10.0
зольность Л1, % 23-30 12-16
выход летучих веществ У1^, % 5-8 8-12
теплота сгорания ^, МДж/кг 30.1 33.0
* ОФ — обогатительная фабрика.
Материальные балансы производства и качество полукокса, получаемого на указанных двух предприятиях, приведены в табл. 1 и 2. К переработке в шахтных печах рекомендуются сортовые каменные угли марок Д, Г6, СС, К2 достаточной термической стойкости и механической прочности (по этим параметрам не пригодны окисленные и бурые угли), минимальной спекаемости (У — не более 10—11 мм, показатель Рога — не более 20—30, индекс вспучивания при 600°С — до 30 мм). Зольность, сернистость углей определяются потребителями кокса. Для существующих потребителей ангарского кокса зольность должна быть не более 18.5%, содержание серы — не более 1.1% (для ферросплавного производства и цветной металлургии допустимо применение более сернистых углей).
Кузнецкий бассейн — перспективная сырьевая база для строительства промышленных предприятий по переработке некоксующихся углей в шахтных печах с получением различных сортов недоменного кокса. Для этого могут быть использованы сортовые угли марки 2СС пластов Мощ-
ного и Горелого, а также марки К2 низкой спекае-мости (фюзенизированный уголь).
На опытных установках, в том числе и в вертикальных печах, неоднократно была показана возможность получения недоменного кокса (в том числе и литейного) из кусковых кузнецких углей этих марок. Указанные производства могут обеспечить производство высококачественного бездымного топлива, однако только в том случае, если имеются резервы сортового топлива, так как шахтные печи не приспособлены для переработки мелких классов углей.
Для частичного решения проблемы производства бездымного бытового топлива из слабоспе-кающихся углей мелких классов (менее 13 мм) был использован процесс непрерывного коксования по методу Сапожникова [2].
Процесс состоит из трех основных стадий: высокоскоростного нагрева угля до температуры пластического состояния (420°С), формования нагретого угля и прокаливания формовок до температуры б00—750°С. Первая стадия осуществля-
Таблица 2. Материальный баланс процесса на Ангарском и Ленинск-Кузнецком заводах [1]
Углеподготовка Термическая обработка в шахтных печах
показатель мас. % показатель мас. %
1. Ангарский завод
Взято: Взято:
1. Уголь 100.0 1. Сухой уголь в печь 100.0
Получено: Получено:
1. Уголь в печи (крупность 16—80 мм) 87.0 1. Полукокс сухой 72.5
2. Отсев (крупность 0—16 мм) 13.0 2. Среднее масло 3.2
3. Тяжелая смола 4.5
4. Шламы сухие 0.15
5. Фусы 0.35
6. Газ избыточный + фенолы + потери 19.3
Итого 100.0 Итого 100.0
2. Ленинск-Кузнецкий завод
Взято: Взято:
1. Уголь 100.0 1. Сухой уголь в печь 100.0
Получено: Получено:
1. Уголь в печи (крупность 25—100 мм) 92.0 1. Полукокс сухой 72.5
2. Отсев (крупность 0—25 мм) 8.0 2. Топочный мазут 9.2
3. Газ + потери 18.3
Итого 100.0 Итого 100.0
Таблица 3. Распределение тепловой энергии угля при переработке в новые виды топлива с учетом сжигания коммунально-бытовыми потребителями (в расчете на 1 кг угля) [2]
Вариант Вид топлива Теплота сгорания, МДж/кг Выход от рядового угля, % КПД при сжигании, % Полезная теплота сгорания топлива
МДж/кг % от рядового угля
I Рядовой уголь 25.1 100 55 13.8 100
II Сортировка:
сортовой уголь 27.2 50 78 10.6 -
отсев 22.9 50 40 4.6 -
Итого - - - 29.0 100
III Переработка рядового угля в бездымное топливо и газы пиролиза
бытовой кокс 23.4 70 80 13.1 96
газы пиролиза 7.5 - 85 5.1 36
Итого - - - 18.2 132
IV Переработка отсевов угля после сортировки в бездымное топливо
сортовой уголь 27.2 50 78 10.6 -
бытовой кокс 20.9 35 80 5.8 119
газы пиролиза 7.5 - 85 2.5 18
Итого - - - 18.9 137
ется в течение 5—6 с. Основная доля тепла подводится к углю именно на этой стадии процесса. Формование нагретого угля занимает около 1 мин. Стадия спекания и прокаливания формовок про-
текает в сотни раз медленнее, чем первые две стадии, и составляет 5—6 ч.
В табл. 3 приведены результаты оценки распределения теплоты сгорания угля при перера-
Таблица 4. Характеристика бездымного бытового топлива [4]
Вид топлива Технический анализ, мас. % бв, Механическая прочность при 3-кратном сбрасывании с 1.5 м, кг/см2 Температура воспламенения, °С
W Ad ydaf МДж/кг
Антрацит сортовой крупностью 30—60 мм 3.45 5.10 - 29.6 - 440
Брикеты из углей:
Уголь марки Г6 ш. Полысаевская 2.60 16.20 24.6 26.3 100 350
Газовый уголь ЦОФ "Россия" 2.30 35.00 14.2 23.0 88 350
Уголь марки Г6 ОФ "Доброполье" 2.50 6.88 16.8 - 100 355
Уголь ЦОФ "Красноармейская" и антрацитовый штыб (1 : 1) 2.20 10.50 10.2 23.9 68 440
Газовый уголь ЦОФ "Россия" и АПШ (1 : 1) 2.30 28.10 - 23.6 39 400
Газовый уголь Саяно-Партизанского месторождения (70%) и антрацитовый штыб (30%) 2.20 11.40 24.3 - 80 335
Уголь марки Г6 ЦОФ "Россия" (40%) и тощий уголь (60%) 2.30 11.20 14.2 - 86 -
ботке мелких классов (отсевы) методом непрерывного коксования в формованный бытовой кокс. По сравнению с прямым использованием угля для сжигания, при производстве и использовании бездымного кокса в бытовых печах эффективность возрастает на 32—37%, что свидетельствует о перспективности такого процесса, естественно в случае наличия резерва слабоспекающихся углей (величина пластического слоя 6—10 мм).
Для переработки каменных углей разработан скоростной способ (так называемый метод пиро-генетического окусков
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.