ВДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ЗБАГАЧЕННЯ СОЛОНОГО ВУГІЛЛЯ

Постановка проблеми і стан її вивчення.

Постановка проблеми і стан її вивчення. Однією з найбільш актуальних є проблема забезпечення країни вітчизняними енергоносіями, що обумовлено, по-перше, дефіцитом власних запасів нафти і газу, по-друге, жорсткою ціновою політикою на газ і нафту на світовому ринку, і, по-третє, частковим згортанням вітчизняної вугільної промисловості. В цих умовах особливого значення набуває пошук нових альтернативних джерел енергоресурсів, зокрема залучення до паливно-енергетичного балансу так званого "солоного вугілля" характерного підвищеним вмістом солей натрію і хлору, значні запаси якого виявлені на Західному і Північному Донбасі [1-4].

Використання в енергетиці солоного вугілля призводить до значних ускладнень  при його спалюванні відбувається підвищене шлакоутворення в парових котлах. Крім того, при спалюванні солоного вугілля має місце інтенсивна корозія металу, яка, зокрема, за даними Е.П.Діка, збільшується з підвищенням температури і вмістом хлориду натрію у вугіллі [4]. При спалюванні солоного вугілля в атмосферу з водяним паром виділяється НCl, у процесі активації солоного вугілля утворюється чадний газ (СО), хлористий водень (НCl), метан (СН4), які мають різну ступінь токсичності [5, 6]. При термічній обробці «лужного» вугілля збільшується імовірність утворення діоксинів, токсична дія яких суттєво перевершує дію відомих найсильніших отрут: ціанідів, стрихніну, кураре, зоману, зарину, табуну, VX-газів і інш. [7].

В Україні і світі розроблено ряд методів прямої переробки солоного вугілля, зокрема його газифікації, спалювання, комплексної переробки [2]. Однак, радикальне облагороджування цього вугілля можливе тільки шляхом його знесолення перед використанням, зокрема за технологією водної промивки Державного інституту мінеральних ресурсів, суміщених технологій "промивка-гідротранспорт» НВО "Хаймек" (Донецьк) та "промивка-агломерація-гідротранспорт" ДонНТУ [8].

Мета цієї статті – розвиток технології знесолення лужного вугілля «промивка-агломерація-гідротранспорт», яка вигідно відрізняється від інших як ефективним солевидаленням так і зневодненням вугілля.

Виклад основного матеріалу. Основна ідея способу ДонНТУ полягає в поєднанні процесів "водна промивка - масляна агломерація" солоного вугілля. При цьому ключовою відмінністю є дробова подача реагенту-зв’язуючого в процес – спочатку на стадії дроблення, в живлення молоткової дробарки в кількості Q1= 0,3-0,5% на суху масу вугілля. Подрібнене вугілля промивається в контактних чанах (технологія ДІМР) або в процесі гідротранспортування (технологія "Хаймек") до точки максимального солевидалення (Рис.1). Після цього у водовугільну пульпу подається друга порція реагенту-зв’язуючого (наприклад, мазуту) Q2= 5-7%. При гідротранспортувані солоного вугілля друга порція реагенту подається у вуглепровід в точці 30-40 км від головного терміналу магістральної гідротранспортної системи і процес агломерації проводиться безпосередньо у вуглепроводі, що істотно спрощує весь технологічний комплекс. Вугільний агломерат після зневоднення на фільтрах або у осаджувальних центрифугах для більш глибокого зневоднення і знесолення можуть піддавати ежектуванню. Феноменологічна модель процесу знесолення із застосуванням "промивання-агломерації" подана на рис 2.

Полігонні випробування технології, проведені на солоному вугіллі марки "Г" Новомосковського родовища Західного Донбасу ДонДТУ і НВО "Хаймек", показали її ефективність. За рахунок застосування органічного реаганта, істотно спрощується технологічна схема зневоднювання вугілля і зменшується кількість устаткування.

Таким чином, технологічні дослідження процесу «знесолення-агломерація вугілля» показали його ефективність і подальший розвиток цієї технології бачиться у аналізі процесу знесолення лужного вугілля як об’єкту автоматизації та розробці необхідних систем автоматичного контролю та автоматичного регулювання технологічного процесу.

Першим етапом розробки необхідних систем автоматичного контролю та автоматичного регулювання є створення феноменологічної (рис. 2) та факторної (рис. 3) моделі процесу. Зауважимо, що для реалізації технологічного процесу «знесолення-агломерація» лужного вугілля нами прийнято апарат транспортування, промивки і агломерації конструкції ЛенНДІХіммашу (авт. свідоцтво СРСР № 808116, Високов Б.І. та ін.), а для зневоднення вуглемасляного агломерату – осаджувальну центрифугу (рис. 4).

Факторна модель процесу (рис. 3) включає такі вхідні чинники: Об'ємне навантаження (Q_тв); Витрата води (Q_в) ; Швидкість пульпи (V_п); частота обертання імпелерів (n_m1, n_m2).

До збурюючих впливів віднесено чинники: гранулометричний склад вугілля (Г); концентрацію солі у вхідному вугіллі (С_{с вх}); концентрацію солі у воді (С_{с води}).

Керуючими є такі чинники: подача пульпи (її витрати) на процес знесолення-агломерації; друга подача реагенту (Q₂).

Основні вихідні параметри, що визначають ефективність процесу, представлені показниками: залишкова концентрація солі в кеку (С_{с зал}); вологість кеку (W_кеку); концентрація солі у фугаті (С_{с фу}); концентрація твердого у фугаті (С_{тв фу}); залишкова концентрація масла у фугаті (_{См фу}).

Додатковими проміжними вихідними факторами служать: число Рейнольдса при знесолюванні (Re₁); число Рейнольдса при масляній агломерації (Re₂); тривалість промивки (τ₀); густина пульпи (τ_х); концентрація солі в пульпі (С_{с пул}).

На рис. 4 показано пропонований варіант схеми автоматизації процесу знесолення вугілля із застосуванням масляної агломерації. На схемі спрощено зображена технологічна схема, що містить апарати: молоткову дробарку , шнековий живильник, насос, апарат для агломерації гідрофобних дисперсних матеріалів у воді конструкції ЛенНДІХіммашу, апарат для механічного зневоднення (центрифуга), живильники реагентів, трубопроводи з регулюючими органами (РО). За наявності декількох однотипних машин, що працюють паралельно, показується одна машина. У нижній площині схеми розташовані засоби автоматики, встановлені на щиті (пульті).

Схема автоматизації включає дві системи автоматичного регулювання та чотири системи контролю.

Системи автоматичного регулювання:

САР1 – регулювання концентрації солі в пульпі (С_{с пул}) від тривалості промивки (τ₀);

САР2 – регулювання вологості кеку (W_кеку) від кількості реагенту (Q₂).

Системи автоматичного контролю:

САК3 - відповідає за контроль залишкової концентрації солі в кеку (С_{с зал}).

САК4 - відповідає за контроль концентрації твердого у фугаті (С_{тв фу}).

САК5 - відповідає за контроль концентрації солі у фугаті (С_{с фу}).

САК6 - відповідає за контроль концентрації масла у фугаті (С_{м фу}).

ВИСНОВОК

1. Технологія збагачення солоного вугілля шляхом його знесолення водним промиванням і суміщення її з технологією масляної агломерації є перспективним напрямком, вона забезпечує високу ефективність процесу облагороджування і зневоднення низькосортного вугілля.

2. Раціональна схема автоматизації процесу «знесолення-агломерація» лужного вугілля може включати дві системи автоматичного регулювання - концентрації солі в пульпі після знесолення, яка корелює із залишковою концентрацією солі у вугіллі, і вологості кеку. Доцільно контролювати: залишкову концентрацію солі в кеку; концентрації твердої фази, солі і масла у фугаті.

Подальші дослідження у цьому напрямку повинні включати одержання експериментальним шляхом кривих розгону об’єкта управління по зазначеним каналам автоматичного регулювання і розрахунок САР, зокрема на вибір закону регулювання, елементів САР, визначення стійкості і якості керування САР1 і САР2.

ЛИТЕРАТУРА

1. Білецький В. Проблема переробки солоного вугілля // Праці НТШ. Хімія і біохімія. – т. Х. Львів. – 2003 – С. 205-222.
2. Шендрик Т.Г., Саранчук В.І. Солёные угли. – Донецк: Східний видавничий дім - 2003. - 296 c.
3. Hodges N.J., Ladner W.R., Martin T.G. Clorene in Coal: a Review of its Origin and Mode of Occurence. // J.Inst.Energy, 1983. №128. p. 58-169.
4. Иванова А.В., Кривега Т.А. Соленые угли Западного Донбасса. - K.: Наукова думка, 1985. - 109 с.
5. Афанасенко Л.Я. Исследование характеристик и свойств засоленных углей Донбасса и их изменений при термической обработке. Автореф. дисс. канд. техни. наук.: институт. Киев., 1990. - 20 с.