ЗКК   ГФ   ДонНТУ   Портал магiстрiв

Потапенко Сергій Юрійович

Гірничий факультет

Кафедра Збагачення корисних копалин

Спеціальність Збагачення корисних копалин

Дослідження і удосконалення технології підготовки коксівного вугілля до магістрального гідравлічного транспортуванню

Науковий керівник: д.т.н., проф. Білецький Володимир Стефанович

Резюме Біографія Реферат

Реферат за темою випускної роботи

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: січень 2015 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

ЗМІСТ

• Вступ
• 1. Актуальність теми
• 2. Мета і завдання дослідження
• 3. Огляд і аналіз технологій підготовки коксівного вугілля до магістрального гідротранспорту
• 3.1 Магістральний гідравлічний транспорт вугілля
• 3.2 Фактори впливу гідротранспорту на коксівні властивості вугілля
• 3.3 Сучасні технології гідротранспорту коксівного вугілля
• Висновки
• Список джерел

ВСТУП

Зростання світових цін на нафтопродукти зумовило підвищення інтересу до вугілля як пріоритетного теплоносія і сировини в хімічній і інших галузях промисловості. Концепція розвитку вугільної промисловості України (2008 р.) передбачає збільшення обсягу видобутку на 27% (96,5 млн. тонн) до 2015 року. Разом із тим, для передачі великих кількостей вугілля на значні відстані найбільш вигідним є гідротранспортування.

1. АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ

Актуальність роботи обумовлена важливістю дослідження і розробки технологій підготовки коксівного вугілля до магістрального гідравлічного транспортування. Магістральні гідротранспортні системи (МГТС) мають ряд принципових переваг перед традиційними технологіями передачі вугілля на далекі відстані, і тому є перспективними на відстанях від перших сотень до 1-2 тис. км. Водночас, як показали попередні дослідження, коксівне вугілля при передачі на далекі відстані гідротранспортом частково втрачає свої коксівні властивості. Рядом наукових дослідницьких організацій, зокрема, НВО Хаймек (Донецьк) та ДонНТУ у 1990-200 рр. розроблено основи альтернативних технологій, які дозволяють частково комплексувати негативний вплив факторів гідротранспорту на коксівні властивості вугілля. Але ці технології потребують подальшого вдосконалення із застосуванням техніки і технологій збагачення корисних копалин.

Таким чином, проблема дослідження і удосконалення технології підготовки коксівного вугілля до магістрального гідравлічного транспортування потребує подальшого вивчення і розвитку вітчизняною наукою. Це і обумовлює доцільність вибору саме цієї теми магістерської роботи.

2. МЕТА І ЗАВДАННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ

Завданням цієї роботи є дослідження і удосконалення технології підготовки коксівного вугілля, що передається гідротранспортом на далекі відстані (200-500 км і більше). Для цього пропонується суміщення процесів гідротранспортування і часткової масляної агломерації з метою розробки нової високоефективної технології для використання у кінцевому підсумку в промислових гідротранспортних системах.

3. ОГЛЯД І АНАЛІЗ ТЕХНОЛОГІЙ ПІДГОТОВКИ КОКСІВНОГО ВУГІЛЛЯ ДО МАГІСТРАЛЬНОГО ГІДРОТРАНСПОРТУ

3.1. Магістральний гідравлічний транспорт вугілля

Трубопровідна гідротранспортна система складається з трьох основних терміналів (рис.1): підготовчого, лінійної частини з насосами і приймального. До складу підготовчого терміналу входить збагачувальна фабрика з дробильно-сортувальним відділенням і комплекс пульпоприготування. Приготування гідросуміші на головній станції виконується за наступною схемою:

- Класифікація концентрату коксівного вугілля з отриманням двох класів крупності 0-3 і 3-100 мм;

- Дроблення концентрату класу 3-100 мм до крупності 3 мм;

- Подача води в змішувальні резервуари ємністю до тисячі м3 для забезпечення масової концентрації 50%.

З резервуарів пульпа насосами подається в головну насосну станцію.

На головній насосній станції гідросуміш відцентровими насосами нагнітається в акумулюючий резервуар, з якого вона закачується в трубопровід.

Транспортування гідросуміші здійснюється на десятки і сотні кілометрів, в окремих проектах – перші тисячі. При швидкості руху суміші 1,37-1,98 м/с і температурі від 25- 30 C до 10 C вугілля знаходиться в контакті з водою до декількох десятків діб. Гідросуміш проходячи ряд насосних станцій піддається перепаду тиску від 80-100 МПА. Тут же найбільш активно відбувається подрібнення вугілля.

Для забезпечення безперебійної роботи гідротранспортної системи на проміжних насосних станціях споруджуються парки-сховища вугільної пульпи, що забезпечують випорожнення ділянок трубопроводу. Наприкінці вуглепроводу, на кінцевій приймальній станції, гідросуміш ще перебуває під певним тиском, тому напрямок руху потоку міняють з горизонтального на вертикальний і акумулюють у резервуарах. Далі гідросуміш направляється на зневоднення.

Основні характеристики крупних гідротранспортних систем наведені в таблиці 1. З таблиці видно, що довжина працюючих трубопроводів досягає 480 км, а розмір максимального шматка матеріалу не перевищує 3 мм. Найбільш відомою системою минулого сторіччя була система Блек Меса - Мохейв, закрита через проблеми з водопостачанням [1]. Останній новітній проект магістрального трубопроводу Уханьського проектно і науково-дослідницького інституту вугільних технологій [2] має назву Шен-Вей. Його пропускна здатність 10,00 млн.т /год, довжина трубопроводу - 729 км [3].

Таблиця 1 - Основні характеристики сучасних вуглепроводів

3.2. Фактори впливу гідротранспорту на коксівні властивості вугілля

Погіршення коксівних властивостей вугілля при гідравлічному транспортуванні різні автори пов’язують з різними технологічними чинниками. Гідродинамічна дія турбулентних потоків в трубопроводі, а також механічні удари в насосах, арматурі, на трасі гідро транспортної системи призводять до механохімічної деструкції вугільних частинок з розривом хімічних зв'язків і утворенням нових поверхонь розділу вугілля – вода [4]. При цьому найбільш вірогідний розрив у бічних ланцюгах макромолекул вугільної речовини з утворенням вільних радикалів, що володіють підвищеною реакційною здатністю, в тому числі по відношенню до дисперсійного середовища (води). Крім того, тривалий контакт з водою веде, очевидно, до гідролітичної деструкції вугілля. Спостерігаються явища переходу в водну фазу гумінових кислот [4,5]. Більшість дослідників вказують на негативну роль саме фактора подрібнення матеріалу в гідротранспортній системі. В.Коршунов встановив, що перехід частини вугілля в клас -0,5 мм змінює температурні зони термохімічних процесів коксування, а це негативно впливає на міцності коксу [6].

З міркувань подрібнення В.Коршунов рекомендує граничні відстані транспортування, при яких зберігаються коксівні властивості вугілля марок Г6, Г17, К2 - відповідно 20, 40 та 100 км.

Крім подрібнення під час гідротранспортуванні, виявлено ефект перерозподілу петрографічних мікрокомпонентів по класах крупності [[7]. Зокрема, спостерігається значне переподрібнення вітринітової частини шихти до розмірів 10 мкм і менше. При цьому головним чином переподрібнюється вітриніт вугілля марки Г. Вміст його в дрібних класах збільшується у порівнянні з вихідною шихтою у два рази (рис.2).

Ю.Гет пов’язує зміну коксівних властивостей вугілля із зміною форми вугільних зерен в трубопроводі - їх обкатуванням [8]. На рис.3 показано ефект обкатування зерен, виявлений українськими вченими при дослідженні гідротранспорту на стенді типу тор.

Г. Рігбі пояснює погіршення коксівних властивостей вугілля обволіканням вугільних зерен глинами, що на його думку, збільшує крихкість коксу [9]. Стосовно ефектів, пов'язаних з впливом глин, спостерігалося ще одне явище - глинистий матеріал вимивався з первинної вугільної речовини і обволікав зерна вугілля, зокрема тонкі, повністю чи частково, виключаючи їх з процесу спікання (по поверхні контакту з глиною).

В.Ердман, Р. Кьоллінг та Д.Ляйнінгер вважають, що погіршення коксівності вугілля під час гідравлічного транспорту обумовлюється його окисненням [10].

3.3. Сучасні технології гідротранспорту коксівного вугілля

В Україні унікальну технологію дальнього транспортування коксівного вугілля розроблено Донецьким державним технічним університетом та НВО Хаймек. [11].

АТЗТ НВО Хаймек – акціонерне товариство закритого типу Науково-виробниче об'єднання Хаймек досліджує, розробляє і впроваджує технології та апарати в галузі гідротранспорту сипучих матеріалів, зокрема вугілля, приготування нових видів палива на основі вугілля, зокрема висококонцентрованих водовугільних суспензій, розчинів для буріння тощо [12]. У технології Хаймек говориться, що до групи гідросумішей з властивостями умовно-однорідних середовищ можна віднести також дрібнозернисті вугільні з максимальним розміром частинок 2-3 мм та певним вмістом найтонших (мікронних) частинок. Подібні гідросуміші, як правило, готують на основі збагаченого малозольного вугілля. Вони є найбільш придатними до транспортування магістральними гідротранспортними системами у складі паливно-енергетичних комплексів і після відповідної обробки можуть бути використані як котельне паливо.

Технологія Донецького національного технічного університету (ДонНТУ) передбачає часткову масляну грануляцію вугілля з гідросуміші, що дозволяє, по-перше, значно підвищити ефективність його механічного зневоднення на приймальній станції, по-друге, забезпечити обволікання вугільних зерен масляними плівками, що суттєво зменшує (або і усуває) окиснення вугільної поверхні та обволікання її розмокшими глинами під час транспортування, по-третє, обумовлює утворення структур типу центр-оболонка, що радикально зменшує подрібнення вугільних зерен під час гідротранспртування [13].

ВИСНОВКИ

1.Гідравлічний транспорт вугілля вигідно відрізняється від залізничного і має наступні переваги:

- мінімальні питомі економічні витрати і транспортні втрати продукту;

- малі терміни будівництва трубопроводів;

- підвищену надійність;

- можливість повної автоматизації;

- екологічну чистоту;

- незалежність від погодних умов;

- низьке техногенне навантаження на довкілля.

Технологічні рішення магістрального гідротранспорту широко використовувались 1970-1990 рр. Сьогодні технології магістрального гідротранспорту вугілля активно використовуються у Китаї (Уханьським проектним і науково-дослідницьким інститутом вугільних технологій).

2.Проте дослідження і практика експлуатації магістральних гідротранспортних систем виявили ряд технічних і технологічних проблем, основною з яких є негативний вплив гідротранспорту на коксівні властивості вугілля, зокрема через:

- подрібнення вугілля;

- обкатування зерен;

- обволікання вугільних зерен глинами;

- окиснення вугільної поверхні;

3.В Україні і світі розроблені технології дальнього транспортування коксівного вугілля. Однією з перспективних є технологія Донецького національного технічного університету, яка передбачає часткову масляну грануляцію вугілля з гідросуміші.

СПИСОК ДЖЕРЕЛ

1. Klein A.D. Black Mesa and Kayenta Mines, Life-of-Mine Plans and Water Supply Project [Federal Register: December 1, 2004 (Volume 69, Number 230)] – [Електронний ресурс]. - Режим доступу: http://www.epa.gov/...
2. Wuhan Design & Research Institute of China Coal Technology & Engineering Group – [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://www.zmwhy.com.cn/...
3. Білецький В.С., Потапенко С.Ю. Гідравлічний транспорт вугілля: стан і перспективи – [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://masters.donntu.ru/...
4. Елишевич А. Т., Рыбаченко В. И., Белецкий В. С. и др.//XТТ. - 1984. № 1. С. 58—62.
5. Schrick W.S., Smith L.G., Haas D. B., Husband W.H. Experimental studies on the hydraulic transport of coal. Third internat. confer. On the hydraulic transport in pipes. – May - 1974. Paper - B. 1. P. 14.
6. Коршунов В.А. Исследование влияния гидравлического транспортирования на свойства коксующихся углей Кузбасса / Автореф. дис. канд. техн. наук. — Новокузнецк, 1974. - 33 с.
7. Елишевич А. Т., Белецкий В. С., Гребенюк А. Ф., Маценко Г.П., Дедовец И.Г., Потапенко Ю.Н. Изменение технологических свойств коксующегося угля Кузбасса при дальнем гидравлическом транспортировании // ХТТ. - 1989 -N 4.- С.54-59.
8. Gat LJ. Effect of pumping on the caking properties of coal // Canadien Mining and Metallurgical Bulletin. - 1974. - V. 67, No. 752.- P.71-74.
9. Rigbi G.R., Jones C.V., Meiwaring D.E. / Slurry pipeline studies on the BHP-BPA 30-tonne per hour demonstration plant // 5-th Int. Conf. on the Hydraulic Transport of Solids in Pipes. Johannesburg, August 25-27.— 1982. — P. Dl.
10. Erdman W., Rolling R., Leininger D. Moglichkeiten der Entwasserung hydraulisch geforderter Steinkohlen // Aufbereitungs-Technik. -1978. - Bd. 19, Nr. 8.-S. 357-362.
11. Українські вугільні технології для XXI сторіччя – [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://ea.donntu.ru/...
12. Офіційний сайт компанії АОЗТ НПО Хаймек – [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://hymec.com.ua/...
13. Промышленный транспорт 6 // Издательство "Транспорт"–Москва,1984 г.