Настоящее изобретение относится к методу получения угольной мелочи, а именно распыления и сжигания водоугольной смеси. Изобретение также имеет отношение к методу и системе совместного сжигания уникальной водоугольной суспензии (ВВС) с измельченным углем, использующим доступное и коммерчески эффективное оборудование.

2. Описание предшествующих исследований

Дорогостоящие потери напора при течении пульп в трубопроводах и серьезные экологические проблемы, связанные с пылением, часто имеют место при добыче угля в шахтах, его использовании на заводах и ТЭС. Движение измельченного угля в воде может часто прерываться заторами, вызванными неравномерностью подачи и широко варьирующимся гранулометрическим составом шламов. Такие сложности имеют место даже в современных системах хранения и транспортировки: бункерах, силосах, питателях, трубопроводах, конвейерах, железнодорожных вагонах. Даже в хорошо спроектированных системах не учитывается вредное воздействие неблагоприятных физических свойств мелкодисперсного угля. Кроме того, проблемы с пылью при транспортировании и обработке зачастую вызываются высыханием и дальнейшим попаданием в атмосферу шлама с поверхности крупных кусков угля.

Поэтому для избежания заторов и потерь с пылением важно правильно перерабатывать влажные шламы. Предотвратить заторы можно предварительной мокрой классификацией шламов от крупнокускового угля и дальнейшим транспортированием их в шламовых трубопроводах к пункту утилизации отдельно от остального угля. Потери с пылением и нагрузку на окружающую среду можно снизить сжиганием пульпы, смешанной с молотым углем до её поступления в паровой котёл. Уплотнение предотвращает концентрацию шламов в суспензии возле поверхности, высыхание и выдувание их в атмосферу. Эти методы также отличаются от предшествующих тем, что они устраняют дорогостоящие процессы обезвоживания и термической сушки шламов. Сжигание смеси измельченного угля и ВВС сокращает себестоимость энергии, получаемой ТЭС. Себестоимость значительно сокращается также благодаря использованию отходов углеобогащения как топлива.

Чтобы исключить как заторы так и пыление, проблемные шламы отделяют в начальных стадиях процесса и затем систематически примешивают к ВВС для управления и контроля за грансоставом и физическими свойствами суспензии. Отделение угольной мелочи осуществляется на пришахтных установках во время приготовления ВВС, и затем она смешивается с традиционно перевезенным углем. При этом в топке осуществляется нестандартное перемешивание смеси и дальнейшее применение в качестве топлива больших паровых генераторов.

Прежде данный метод совместного сжигания не был коммерчески эффективен. С точки зрения перерабатывающей компании желательно, чтобы производительность по производству ВВС составляла не менее 100 т/ч угля. С экономической точки зрения требуется, чтобы печь для переработки ВВС была способна сжигать смесь с содержанием 50% твердого по массе.

В теплоэнергетике угольные частицы часто относятся к мелочи, если их размер позволяет проходить через специфическую сетку фильтра. Дешевые угольные шламы могут быть получены на работающих угольных заводах или из суспензий илонакопителей. Предшествующие исследования определили, что экономика использования угольных шламов благоприятствует отделению мелочи крупностью менее 100 меш (0,015 мм) от более крупных частиц.

Когда частицы крупностью менее 100 меш используются в приготовлении ВВС, не требуется применять стабилизаторы, оплачивать или использовать дополнительную энергию для измельчения более крупного угля до крупности -0,074 мм.

В 1984 Джуниор Сойер получил патент США №4432771 на горючую ВВС и метод её приготовления. В составе ВВС содержалось 65-70 мас. % угля. Было предложено использовать уголь (антрацит, полу-антрацит, коксующийся), измельченный до пылевидного состояния. Примерами успешных сочетаний являются:

а) 95% - 100 меш, 80% - 200 меш, и 65% - 325 меш;
б) 90% - 100 меш, 75% - 200 меш, 52% - 325;
в) 100% - 325 меш (44 микрона) и 55% - 26 микрон.

Верхняя граница размера частиц зависит от того, что будет гореть в пламени (например 80 меш).

Предшествующими исследованиями определено максимальное содержание твердого в ВВС – около 70-75%. Удовлетворительная суспензия может быть получена только при относительно круглой форме частиц, большом содержании мелких частиц и добавке специальных реагентов. Для поддержания седиментационной стабильности при средних и дальних расстояниях транспортирования обязательно требовались реагенты-стабилизаторы.

Жидкие топлива и ВВС ранее требовалось обезвоживать перед сжиганием. Большинство крупных индустриальных топок используют две стадии получения пригодной для сжигания формы жидкого органического топлива - распыление и термическая сушка. Диспергация - процесс распыления жидкости на множество мелких капель. После диспергации большая внешняя поверхность миллионов капель подвергается воздействию воздуха и высокой температуры, и ВВС эффективно обезвоживается.

В общем, предшествующие исследования обнаруживают, что вязкость, необходимая для эффективной диспергации ВВС, существенно ниже, чем вязкость, требуемая для закачки ВВС насосами. То есть, ВВС с содержанием угля более 50 мас. % не могут быть эффективно распылены и сожжены. В первую очередь потому, что их нельзя закачать насосом в пульверизатор. Во-вторых, даже, когда ВВС имеют достаточно низкую вязкость для транспортирования насосами, она всё еще слишком высока для диспергации.

Согласно предшествующим исследованиям, ВВС состоит из шлама с концентрацией более 50 мас. % твердого. Шлам состоит из частиц, имеющих средний размер более 40 микрон. Комбинация воды, угольной мелочи, реагента-стабилизатора составляют суспензию с содержанием 60-82 % угля, от 18 до 40 % несущей жидкости-носителя или воды, и 0,01-4,0 мас. % реагента.

Краткая характеристика изобретения

ВВС с содержанием твердого около 50%, где горючая фаза представлена угольными шламами размером 100 меш и менее, используется для совместного сжигания с измельченным углем. В процессе используется газовый паровой котел, модифицированный для сжигания смеси измельченного угля и ВВС без применения добавок. Процесс охватывает подогрев керамического сосуда в печи с природным газом до приблизительно 550 градусов цельсия, последующее введение ВВС и ограничение поступления природного газа. В этот момент измельченный уголь вводится в печь. Измельченный уголь вводится в количестве как минимум 2% от общего в минуту, поступление природного газ одновременно уменьшается в той же пропорции, пока приблизительно 80% измельченного угля и 20% ВВС горят в печи.

Объекты изобретения

Объект настоящего исследования включает: метод (1), для увеличения потока транспортируемых углей, более полного их сжигания с использованием ВВС для уменьшения издержек и заторов; (2) уменьшение потерей с пылением, для улучшения защиты окружающей среды; (3) исключения из цикла дорогостоящего обезвоживания угольных шламов и отделения сушки на ЦОФ и (4) значительного сокращения количества измельчающего оборудования и/или стоимости помола на ТЭС. Эти и другие задачи решаются приготовлением ВВС из очищенного от минералов в процессе транспортирования угля, и дальнейшего её совместного сжигания с измельченным углем.

Описание изобретения

В соответствии с изобретением, угольные частицы крупностью менее 100 меш отделяются от более крупного материала. Затем они смешиваются с водой до получения гидротранспортируемой суспензии с содержанием твердого 50%. Полученная ВВС складируется в хранилищах и впоследствии используется для обеспечения устойчивого поступления шламов в процесс их совместного сжигания с измельченным крупным углем.

Опциональным шагом является введение ВВС в поток более крупного материала через диспетчер потока - компьютерную систему, управляющую выбором времени, расположения и количеством поступающей ВВС. Используя компьютерную систему управления вводом ВВС в процесс, можно значительно улучшить показатели движения потока и нежелательного пыления.

Автоматизированный контроль грансостава шлама и его введения в процесс создан, чтобы соответствовать параметрам совместного сжигания. К примеру, если поток блокируется, более грубые фракции сначала вводятся в бункер, а вскоре возобновляется поступление жидких шламов в процесс горения. В результате такой последовательности текучая часть потока оседает внизу бункера таким образом, что активизируется нижний питатель и область бункера, ограничивающая поток. В результате достигается плавность и непрерывность потока материала.

Метод может также пресекать потерю с пылями при складировании. Для этого размещение шламов в месте хранения прерывается компьютерным диспетчером в определенный момент времени перед полным наполнением. Следовательно, верхний слой материала остается свободным от экологически небезопасных шламов.

Если транспорт угля через многоцеховое производство прерывается блокировками потоков, механическое введение шлама в крупный материал измеряется компьютерным диспетчером и изменяется для наилучшего распределения, хранения и транспортирования в пределах системы.

Удовлетворительная ВВС без пластификаторов с низким содержанием жидкости (50%) сжигалась как топливо. Низкая концентрация смеси (50% шлама) не является препятствием для использования этой ВВС как топлива, она пригодна для совместного сжигания с измельченным углем в топках паровых котлов.

Влияние 50%-ной влажности ВВС на общую влажность угля в топке котла: при 20%-ном уровне сжигания влажность газа дымохода увеличивается только на 15%. Необычный положительный эффект более высокой теплотворной способности ВВС над углем был обнаружен в газовой топке мощностью 1,5 МВт/час, модифицированной для совместного сжигания. ВВС изначально распыляется и сжигается в соотношении 60% ВВС и 40% природного газа. Обнаружено существенное падение выделения оксидов азота (Nox) при сжигании ВВС. Это положительный эффект более высокой теплотворной способности, отмеченный выше.

Пробные партии используются для выбора нужного угля и ВВС из списка марок. Свойства ВВС оцениваются и выбираются, чтобы убедиться что не существует никаких химических образований. Во-вторых, осуществляются непрерывные испытания, в которых завод параллельно с ЦОФ. Виды угля, поступающие с ЦОФ идентифицируются и определяется их влияние на характеристики ВВС.

В предпочтенном процессе дешевые шламы могут также быть получены из угольных потоков заводов или шламоотстойников. В процессе предпочтительно использование угля, крупностью -100 меш, обработанного без использования стабилизаторов. В новом процессе используется 50%-ная ВВС с низкой вязкостью. Уголь обезвоживается центрифугами. Пена флотации и слив центрифуг фильтруется. Пенный продукт сгущается и фильтруется, чтобы кек фильтров имел влажность 20-25%.