Для обогащения углей класса 0 - 0.5 мм используется флотация, которая на сегодняшний день является практически единственным процессом обогащения шлама на углеобогатительных фабриках. Решение задачи увеличения объемов обогащения угля, расширения производства угольного концентрата для коксования и энергетики и повышения его качества неразрывно связано с повышением эффективности флотации.
В месте с тем из-за не 100% эффективности традиционной пенной флотации угольные частицы попадают в камерный продукт и уносятся с ним в илонакопители и отстойники. Зольность данного продукта колеблется в пределах 55 – 65 %. Это приводит к тому, что в илонакопителях теряются тысячи тонн горючей массы, которая должна быть использована. Кроме того, илонакопители занимают значительные площади (около 1.5 млн. м2), дренаж через дно отстойника ведет к загрязнению водоносных слоев, с поверхности отстойника происходит испарение в атмосферу. Все это приводит к ухудшению экологической обстановки в промышленных регионах страны и свидетельствует о необходимости увеличения селективности и эффективности обогащения тонких классов углей.
Целью данной работы является исследование и разработка способов утилизации продуктов илонакопителей. В качестве примера взят шламоотстойник ЦОФ "Шолоховская".
Задачи работы:
-выполнение физико-химических исследований свойств твердой фазы и разработка плана отработки илонакопителя;
-разработка и расчет технологической схемы переработки шлама;
-рассмотрение способов переработки низкозольных шламов;
-исследование способов обогащения высокозольных шламов путем грануляции и дальнейшего сжигания в кипящем слое;
-экономический анализ.
1. Предложено комплексное решение вопроса полной утилизации илонакопителей.
2. Получены математические модели процесса винтовой сепарации шлама, позволяющие определить рациональные режимы процесса и прогнозировать результаты обогащения.
Ряд илонакопителей вследствие относительно низкой зольности отходов, по существу, являются техногенными месторождениями, из которых технически возможно получать энергетическое топливо, а в некоторых случаях и концентрат для коксования.
Качественные показатели шламов, хранящихся в илонакопителях, колеблются в широких пределах по глубине и площади распределения, что затрудняет переработку сырья. Кроме того, каждый илонакопитель в зависимости от марки угольной фракции, ее свойств требует индивидуального подхода при разработке технологии его использования.
Комплексное использование отходов углеобогащения приобретает значение не только важного резерва увеличения эффективности производства, сокращения нерационального отчуждения земельных ресурсов, но и защите от загрязнений водного и воздушного бассейна.
Следует отметить, что для переработки части тонкозернистого материала могут быть использованы выпускаемые у нас в стране и за рубежом аппараты (гидросайзеры, винтовые сепараторы и др.). Они успешно конкурируют с процессом флотации при обогащении частиц крупнее 0.2 мм, доля которых в шламах нередко превышает 30 %.
Таким образом, назрела необходимость в переработке техногенных месторождений, что позволит не только получить дополнительное количество топлива и сырья для энергетики, но и решить экологические проблемы Донбасса.
В связи с выше изложенным весьма актуальной задачей является разработка наиболее рациональной технологии переработки тонко-зернистых материалов илонакопителей и определение экономической целесообразности строительства установок с использованием современного оборудования.
В зависимости от свойств содержимого илонакопителя возможны следующие направления его отработки:
1. Экскаваторная выемка шлама и в зависимости от его зольности производить его отгрузку после воздушной просушки на теплоэлектростанции (Аd <45 %) либо на близлежащую обогатительную фабрику для переобогащения (при Аd 45 - 60 %).
2. Строительство технологического комплекса с выемкой шламов земснарядом (рис.1) и с обогащением его на простых гравитационных установках (при Аd 45 - 60 %).
3. Для низкозольных (Аd<55 %) илонакопителей, содержащих коксующие марки углей, предусмотреть переобогащение отходов на обогатительной фабрике, технология которой предварительно усовершенствована.
4. Шламы высокозольных илонакопителей (Аd>60-65 %) подготавливать к сжиганию в теплотехнических объектах, оборудованных топками с кипящим слоем.
Принятие рационального варианта отработки илонакопителя потребует информацию о свойствах шламов (паспорт, кадастр) и глубокого экономического анализа.
При этом следует учитывать:
1. Переобогащение любым способом флотационных отходов с зольностью более 65 % в настоящий момент нерентабельно;
2. Переобогащение флотоотходов на действующей фабрике потребует предварительных исследований и усовершенствование ее технологии;
3. При переработке по п. 2 - необходимо предусмотреть подготовку обводненных вновь получаемых отходов к складированию в отвалах;
4. При переобогащении коксующихся шламов с зольностью 45-50% (п. 3) технически возможно выделять концентрат с зольностью до 10 % при его выходе до 30 %.
Ниже представлена схема переработки илонакопителя.
Таким образом, предлагается два направления переработки шламов илонакопителя с целью пререработки всей горючей массы. Для разделения материала по классу 0,1мм могут быть использованы гидроциклоны, высокочастотные грохота, статические гидравлические классификаторы. Класс менее 0,1 мм направляется на гранулирование или сушку. После материал сжигается в установках с кипящим слоем. Сырье крупностью более 0,1 мм в зависимости от его принадлежности к коксующейся или энергетической марки угля, после обогащения и обезвоживания (в зависимости от зольности материала процесс обогащения для энергетических углей иногда исключается), материал направляется соответственно на коксование или сжигание на теплоэлектростанции.
Перспективным направлением вовлечения высокозольных отходов (п. 4) в топливный баланс может быть их использование в малой теплоэнергетике - в теплотехнических объектах с низкотемпературным кипящим слоем (котельные при шахтах, обогатительных фабриках, где в настоящее время сжигают качественный уголь).
Известно, что высокозольное топливо (50% и выше) наиболее эффективно может использоваться в низкотемпературных топках с псевдоожиженным слоем. Они позволяют сжигать материалы с зольностью до 70% с высоким к.п.д., достигающим 75%, получать тепло при относительно низких температурах (800...950оС), выделять шлаки с недожогом не более 1...3%. В связи с ужесточением норм по охране окружающей среде другое достоинство ТКС также выходит на первый план: речь идет об их возможностях снижать выбросы оксидов азота и серы в пропорциях, соответствующих самым строгим нормам, что исключает сложные и дорогостоящие установки по очистке дымовых газов. Сегодня благодаря этой способности ТКС превращаются в самую низкозатратную технологию сжигания угля. Рекомендуемая крупность топлива в данном случае составляет 3…10 мм.
Упрощенная схема ТКС показана на рис. 3.
Преимуществом топок кипящего слоя является и возможность сжигания самых разнообразных видов низкосортного топлива. Это позволяет данному конкретному котлу не только использовать широкую гамму проектного топлива, но и сжигать другие виды топлива, когда представляется такая возможность.
В регионе в свое время проведен определенный объем работ по переоборудованию существующих слоевых топок котельных установок ряда угольных предприятий на топки с кипящим слоем по проектам НПО ЦКТИ, ПКБ "Донецкуглеавтоматика" и "Луганскуглеавтоматика". Опыт эксплуатации таких установок позволил выявить ряд важных требований к показателям используемого топлива:
- верхний предел крупности не должен превышать 15 мм для устойчивой работы топки при небольших расходах воздуха;
- отсутствие частиц размером менее 1 мм, в противном случае резко повышается расход топлива, снижает эффективность его сжигания и увеличивает объемы выбросов пыли в атмосферу;
- максимально-возможная однородность ситового состава топлива, что улучшает тепловой режим топки.
Из-за отсутствия топлива с указанными характеристиками существующие котельные установки с псевдоожиженным слоем вынуждены сжигать рядовые угли и промежуточные продукты, как привило, без предварительной их подготовки, что приводит к неэффективному использованию горючей массы данной категории топлива.
В настоящее время разработана технология сжигания высокозольных отходов углеобогащения в виде водоугольного топлива. ООО “ИНЭКС” в содружестве с российскими специалистами закончило переоборудование одного из котлов ш. “Глубокая” ш.у. “Донбасс” под данный вид топлива. Начато промышленное его испытание с целью дальнейшей передачи в эксплуатацию.
Еще один пример - Старобешевская теплоэлектростанция (ОАО "Донбассэнерго"), где угольная пыль антрацита стала спецтопливом для смонтированного особого котла с циркуляцией кипящих слоев. На смену обычному пылеугольному котлу должен прийти котел с циркулирующим кипящим слоем под атмосферным давлением (АЦКС). Он как раз и предназначен для сжигания твердого топлива с высокой зольностью, каким и является шлам (45-70 % золы). Его принцип действия заключается в том, что угольная пыль не просто проходит через котел (как в камерном), а поднятая раскаленным потоком, циркулирует в нем до полного выгорания. Процесс беспрерывен – шлам поступает в котел потоком. "Подсветки" мазутом или газом не требуется. Чтобы из мокнущих отходов угольная пыль превратилась в сырье для котла, ее нужно довести до кондиции, сделать сыпучей. В котел пластилинообразную массу, которую представляет собой шлам, поднять невозможно. Для этого и построена сушилка. В ней угольная пыль с 22-процентной влажности доводится до 8-процентной.
Сушильная установка очень экономична благодаря применению комбинированной горелки: дорогой мазут разжигается только вначале, а потом используется уголь. Горячие газы, проходя через шламы, высушивают их. Из трубы выходит пар, т.к. газы, образовавшиеся в процессе горения, проходят через систему фильтров. На дымовой трубе установлены датчики (газоанализаторы), которые регистрируют количество азотистых соединений, углекислого газа, угарного газа, кислорода и определяют, насколько эффективно сработали фильтры. Состояние фильтров, показатели по каждому из выбросов, как и температура подшипников, давление воздуха, температура в сушке и многое другое, – все это отслеживается на дисплее оператором.
Третья составляющая проекта – электрофильтр, который снизит концентрацию пыли в 50 раз. Выбросы будут допускаться в пределах жестких европейских норм. Уменьшение загрязнения окружающей среды произойдет и за счет утилизации коксозольных остатков котла АЦКС, которые вполне могут стать исходным сырьем для производства строительных материалов. Ожидается также, что концентрация оксида азота снизится в 2,5-3 раза, оксида серы – в 13-16 раз, притом опять же без дополнительных затрат. Подавление выбросов азота и серы будет происходить уже внутритопочно.
Для использования шламов накопителей в качестве топлива в малой энергетике с топками кипящего слоя необходимо их окускование до требуемой крупности (рис.4). Технология окомкования широко применяется в металлургической и других отраслях промышленности. Однако ее использование для окускования углесодержащих материалов требует учета специфических свойств исходного сырья. Они заключаются в нестабильной влажности и крупности складированных в отстойниках продуктов, наличии крупных (более 1...3 мм) частиц, существенном различии физико-химических свойств поверхности частиц горючей массы и породных минералов, невысокой плотности твердой фазы.
1-зумпф; 2-сгуститель цилиндроконический; 3-ленточный фильтр-пресс; 4-смеситель лопастной; 5-пресс шнековый; 6-зумпф осветленной воды
Содержание в шихте для окомкования большого количества частиц с естественной гидрофобностью определяет пониженную адгезию между водой и угольными компонентами в структуре окатыша. Значительная, с позиций процесса окомкования, крупность исходного материала резко снижает число эффективных точек контакта частиц. Эти обстоятельства предопределяют весьма малую прочность окатышей даже после их термообработки, что вызывает необходимость применения связующих веществ. В качестве последних целесообразно применять недефицитные отходы, отвечающие следующим требованиям: водорастворимость, невысокая зольность и достаточная адгезионная способность как к гидрофильным, так и гидрофобным поверхностям, обеспечивающая после термообработки требуемую прочность окомкованного топлива.
К таким связующим можно отнести отходы целлюлозно-бумажного производства и сахарной промышленности (лигносульфонат натрия, сульфатное мыло, меласса), отходы мукомольного производства, катионную битумную эмульсию. Было определено, что для окускования угольных шламов целесообразнее использовать технологию шнекового гранулирования.
Преимущество шнекового гранулирования перед окомкованием:
-меньшая энерго- и металлоемкость;
-простота конструкции шнекового пресса;
-простота технологии, отсутствие жестких требований к влажности исходного материала.
К недостаткам можно отнести меньшее давление прессования и, как следствие, меньшая прочность получаемых гранул. Однако применением соответствующего связующего можно добиться достаточной прочности продукта, необходимой для их транспортирования и сжигания в топках кипящего слоя.
В результате экспериментов было определено, что наиболее подходящим связующим для угольных частиц является катионная битумная эмульсия. Основными технологическими факторами процесса гранулирования были приняты влажность исходной шихты, расход связующего и температурные режимы процесса прессования и обработки готовых гранул. Выходными параметрами – прочность гранул и водопоглощение. Особенностью режима прессования с битумной эмульсией является повышенный температурный режим, что объясняется необходимостью доведения частиц битума до жидкотекучего состояния
Ниже приведены способы обогащения шламов крупностью более 0,1мм. Результаты исследований, выполненных в Национальной горной академии Украины и в УкрНИИуглеобогащении, и опыт работы углеобогатительных фабрик позволяют сформулировать следующие основные принципы технологии обогащения угольных шламов:
1. Выделение высокозольной илистой части при сепарации по крупности с использованием высокочастотных грохотов с размером ячеек просеивающей поверхности 0,1...0,2 мм, гидроциклонов малого диаметра, статических гидравлических классификаторов с механической разгрузкой зернистой части; при высоком содержании глинистых частиц, для улучшения реологических свойств водоугольной суспензии ее следует разбавлять технической водой и промывать зернистую часть.
2. При высокой зольности зернистой части необходима ее сепарация по плотности с использованием тяжелосредных гидроциклонов (в качестве утяжелителя суспензии используется как магнетит, так и смесь измельченных тяжелых породных фракций с пиритом, содержащимся в значительном количестве в высокозольных донецких углях), винтовых сепараторов, винтовых шлюзов, конусных сепараторов, концентрационных столов и других устройств, использующих сепарационные эффекты, возникающие при течении тонкого слоя суспензий по твердым поверхностям; предпочтение следует отдавать, прежде всего, наиболее простым и менее энергоемким устройствам, таким как винтовые сепараторы и винтовые шлюзы.
3. Для повышения эффективности сепарации по плотности необходима подготовка зернистой части шламов по крупности.
4. Для получения требуемой влажности концентратов и дополнительного удаления из них остатка высокозольной илистой части их желательно обезвоживать в несколько приемов, например, последовательно в гидроциклонах, на грохотах и в центрифугах.
Реализация технологии обогащения угольных шламов, основанной на полном использовании изложенных принципов, позволит иметь концентраты зольностью 12...15 % и более с выходом, определяемым зольностью исходного продукта при зольности отходов свыше 70 %.
Оборудование, наиболее часто используемое для обогащения шламов крупностью +0,1мм илонакопителей.
В Гипромашуглеобогащении разработан комплекс оборудования, позволяющего эффективно обезвоживать класс с повышенным содержанием влаги (рис.5). Комплекс включает сито СтВГд-3,0-МП (вибросито) и центрифугу ЦфШнГ-1,00. Сгущенный продукт после гидроциклона поступает на вибросито, где теряет часть жидкой фазы. Предварительно обезвоженный шлам поступает в центрифугу для окончательного обезвоживания.
Одним из способов переработки низкозольных продуктов илонакопителей является обогащение шлама на винтовых сепараторах (рис.6).
Крупность подаваемого питания на спиральный обогатительный модуль составляет 0,1- 3 мм. Модуль представляет собой стандартные пакеты, внутри которых установлены двойные спирали, оснащенных специальными станинами, распределителями, накопительными желобами и сетью трубопроводов. С помощью такой конструкции сепараторов можно обрабатывать высокозольные (до 70%) тонкие угольные отходы; она устойчива по отношению к колебаниям нагрузки, не требует значительной регулировки для достижения оптимальных результатов в производственных условиях работы большинства углеобогатительных фабрик.
Спиральный модуль оборудован специальным неподвижным распределителем с верхней загрузкой для обеспечения каждого сепаратора равномерной подачей питания. В неподвижный распределитель модуля вместе дополнительно подается технологическая вода.
В винтовых сепараторах суспензия разделяется на концентратную и породную фракции. Концентратная фракция зольностью 10...20% поступает в сборную емкость и далее через распределительный бак на обезвоживание в осадительные центрифуги. Фугат центрифуг, содержащий 30 г/л твердого, используется в качестве воды для охлаждения масляной системы центрифуг, а также для разжижения питания винтовых сепараторов.
Породная фракция винтовых сепараторов возвращается в шламонакопитель.
В 2002 г. по техническому заданию ЦОФ "Свердловская" Гипромашуглеобогащением был разработан и изготовлен новый комплекс оборудования для обогащения, улавливания и обезвоживания шламов крупностью до 3 мм, который обеспечил: высокую производительность при малых энергозатратах, полное улавливание и обогащение шламов крупнее 0,1...0,2 мм, возможность производства товарной продукции (концентрата 0-6 мм) качества, заданного потребителем, уменьшение объемов потребляемого газа для сушки угля за счет снижения влажности поступающего продукта (рис.7).
Комплекс состоит из двух параллельных технологических цепочек, в состав каждой из которых входит следующее оборудование:
-батарея из 6-ти гидроциклонов диаметром 250 мм;
- блок из 6 спиральных сепараторов диаметром 1000 мм;
- узел обезвоживания из вибрационного дугового сита и высокочастотного грохота.
Комплекс выполняет:
- классификацию исходного питания (в данном случае – сгущенного продукта радиального сгустителя) по зерну 0,1...0,2 мм в батарее гидроциклонов;
- обогащение сгущенного продукта гидроциклонов в блоке спиральных сепараторов с получением концентрата, промпродукта и отходов;
- предварительное обезвоживание концентрата спиральных сепараторов на вибросите;
- окончательное обезвоживание концентрата спиральных сепараторов на высокочастотном грохоте.
1 - батарея гидроциклонов БГЦ 6; 2 - блок спиральных сепараторов МС 6; 3 - сито СтВГд-2,0-МП; 4 - грохот ПсМх-5,5х1-М (ГВЧ 30); 5 - конвейер
Утилизация сырья и повторное использование складированных продуктов илонакопителей решает проблему дефицита энергоносителей, а также ликвидирует шламоотстойники, использование которых приводит к отчуждению значительных площадей земли, загрязнению водного бассейна и атмосферы и ухудшению экологической обстановки промышленных регионов страны.
1. Папушин Ю.Л. «Обогащение на винтовых сепараторах», Сборник трудов кафедры ОПИ ДонНТУ
2. Елена Сухорукова «Голос Донбасса» №17 (577) 29.04.04
3. В.И. Аснер и др. «Новое оборудование для эффективного обезвоживания крупнозернистого шлама илонакопителей», -Уголь Украины
4. В.Н. Патракеев, И.Д. Пейчев, И.И. Уваров «Переработка техногенного сырья на ЦОФ "ЧЕРВОНОГРАДСКАЯ"», -Уголь Украины
5. В.Ю. Епихин, В.Ф. Чумак, Л.Т. Вертола «Модульные установки для переработки породных отвалов и илонакопителей» , -Уголь Украины
6. Ю.Л. Папушин, А.Г. Резниченко "Илонакопители - источники бытового и энергетического топлива" Сборник тезисов докладов конференций молодых обогатителей Украины, Донецк- 2006
ДонНТУ | Портал магистров ДонНТУ | Реферат |Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | Самые известные университеты мира