Назад в библиотеку

Применение масляной агломерации для глубокого обогащения егля

А.Н. Заостровский, В.И. Мурко, М.С. Клейн, Т.А. Папина

Источник: Неделя горняка – 2003 семинар № 19

Современные технологии производства и использования ВУТ ориентированы под конкретные котлы и печи, при этом, обязательным условием экономической и экологической эффективности, предъявляемым к ВУТ, является глубокая деминерализация угля.

Минимально возможная зольность исходного угля обеспечит, прежде всего, повышение теплотворной способности ВУТ, снижение вредных выбросов в атмосферу, сокращение объемов золо и шлакоудаления, уменьшается износ и вследствие этого увеличивается срок службы переводимых на ВУТ энергоагрегатов. В производстве моторного топлива непременным процессом является глубокая деминерализация угля.

Известен ряд методов глубокой деминерализации угля. Это, прежде всего, химическое извлечение минеральных компонентов последовательным действием кислот и щелочей при автоклавировании угольной суспензии. Другой метод – также последовательное извлечение кислотами и щелочами, но при спекании тонкоизмельченного угля со специально подобранными солями и щелочами. Достаточно перспективным можно считать метод механохимической деминерализации угля, который практически безотходен по органической составляющей угля и экономически выгоден.

Обеззоливание и обессеривание угля с целью повышения его качества может проводиться методами физического обогащения, такими как тяжелосредная сепарация и флотация. При использовании тяжелосредных гидроциклонов себестоимость процесса по сравнению с другими методами деминерализации угля ниже, однако крупность обогащаемого угля доходит до 25 мм и более. При такой крупности кусков не удается полностью раскрыть сростки угля с породой, что снижает возможность получения низкозольного концентрата.

Метод флотации, как правило, весьма эффективно применяется при размере частиц исходного угля в пределах 30-500 мкм. При повышенном содержании высокодисперсных частиц крупностью менее 30 мкм эффективность флотации значительно снижается. Для частичного устранения этого недостатка предлагают использовать колонную флотацию, смешивать суспензию перед флотацией с воздухом, добавлять растворимые неорганические соли, сульфид натрия и т.д.

Для глубокого обогащения тонко измельченного угля и получения низкозольного концентрата более перспективным можно считать метод масляной агломерации, в основе которого лежит различная смачиваемость жидкими углеводородами угольных и породных частиц в воде. При масляной агломерации в результате турбулизации пульпы происходит селективное образование углемасляных агрегатов, которые уплотняются и преобразовываются в прочные гранулы сферической формы, затем легко отделяются от минеральной суспензии. Целесообразность включения процесса масляной агломерации в технологию приготовления ВУТ обусловлена следующими причинами:

·        высокая селективность разделения угольных и породных микрочастиц по смачиваемости;

·        возможность осуществления процесса в широком диапазоне плотности водоугольной суспензии (ВУС);

·        высокая эффективность агломерации тонкодисперсных угольных частиц;

·        простота обезвоживания продукта агломерации до необходимой влажности;

·        практически полное извлечение (>90%) в угольный концентрат органической части угля и углеводородного связующего, что приводит к снижению зольности конечного продукта и повышению его теплотворной способности;

·        измельчение угля при приготовлении ВУТ приводит к обновлению угольной поверхности, что позволяет обогащать окисленные угли и шламы из отстойников;

·        близкие качественно-количественные параметры концентрата агломерации и ВУТ исключают необходимость вспомогательных операций.

Исследования, проведенные в Великобритании, показали, что для замены жидких топлив ВУТ должно иметь уголь с зольностью менее 3,0 % (максимум - 8,0 %).

В связи с этим возникла необходимость в разработке технологических схем, предусматривающих операции обогащения угля с целью снижения его зольности до требуемых пределов.

Практика показала, что использование высокозольных и высокосернистых углей вызывает эрозию горелок, шлакообразование и образование накипи в топках и трубопроводах, потери КПД, увеличение вредных выбросов в атмосферу и т.п.

Как показывает анализ зарубежных источников информации, одна и та же технология, примененная для углей различных месторождений, обеспечивает различные характеристики ВУТ.

Технологией получения низкозольных ВУТ в Японии занимаются фирмы «Дзибун косин», «Мицубиси дзюкоге», «Кавасаки дзико», «Ниппон кабогэру», «Ба- буконку Хирицу».

Данная работа выполнена с целью выявить в лабораторных условиях закономерности и оптимальные параметры технологического процесса масляной агломерации при глубоком обогащении углей различных стадий метаморфизма.

Исследования проведены на лабораторной установке для обогащения угля методом масляной агломерации, в которой турбулизация пульпы осуществляется турбинной мешалкой диаметром 34 мм с регулируемой скоростью вращения. Камера агломерации представляет собой емкость квадратного сечения (100х100 мм) и высотой 160 мм, изготовленную из органического стекла.

Перед началом опытов в камере агломерации готовится водо-угольная суспензия с заданным содержанием твердого, которая перемешивается в течение 5 мин. Затем в камеру добавляется необходимое количество масляного связующего (мазут, газойль и т.п.) и проводится интенсивное перемешивание суспензии в течение 3-8 мин. По окончании процесса агломерации в суспензию опускается специальная полая насадка, расположенная по оси мешалки, через которую засасывается воздух. Всплывающие пузырьки воздуха способствуют полному переводу углемазутных агрегатов на поверхность суспензии, откуда всплывший продукт переносится на сито виброгрохота для отделения избыточной влаги. В результате вибрации на сите концентрат агломерируется в крупные шарообразные гранулы пониженной влажности.

Минеральная часть угля остается в объеме суспензии и используется после обезвоживания для определения выхода и зольности отходов обогащения.

На первом этапе исследований установлены оптимальные параметры процесса масляной агломерации, обеспечивающие получение минимальной зольности концентрата при зольности отходов не менее 70,0 %.

Основными технологическими факторами, определяющими эффективность процесса агломерации углей различной стадии метаморфизма, являются: вид и расход масляного связующего; интенсивность и продолжительность перемешивания суспензии; содержание твердых частиц в суспензии и их крупность.

При отработке методики эксперимента глубокого обогащения углей в качестве связующего испытан топочный мазут М-100, который, из-за сравнительно низкой его стоимости, необходимо рассматривать как перспективное связующее. Изучена возможность улучшения показателей процесса масляной агломерации при использовании мазута повышением температуры пульпы и подачей его в процесс в смеси с низковязким связующим.

При повышении температуры пульпы до 80 °С эффективность агломерации с использованием мазута заметно повышается, что объясняется повышением дисперсности капелек мазута из-за снижения его вязкости и увеличением их поверхности, а также усилением гидрофобного взаи­модействия и снижением энергетического барьера между каплями мазута и частицами угля. В результате ускоряется процесс наполнения капелек мазута частицами угля и уменьшается время процесса гранулообразования;

Положительный эффект достигается и при использовании смеси связующих с низкой и высокой вязкостью. При увеличении доли мазута в смеси с термогазойлем наблюдается образование более крупных гранул, но при этом повышается продолжительность процесса гранулообразования из-за снижения дисперсности комбинированного связующего.

Следовательно, при использовании мазута в качестве связующего целесообразно подавать его в нагретую до 70-80 °С пульпу или применять в смеси с низковязким масляным реагентом (содержание мазута в смеси до 75%).

После отработки оптимальных технологических режимов агломерации на лабораторной установке проведено глубокое обогащение рядового угля марки «Д» шахты Инская, угля марки «Т» разреза Листвянский и угольного шлама марки «СС» шахты Тырганская.

При обогащении углей различных марок и крупности (-1,0 мм; -0,5 мм; -0,2 мм) при расходе связующего (смесь топочного мазута и термогазойля в соотношении 3:1) 15% от массы исходного угля в процессе масляной агломерации получен низкозольный углемазутный концентрат с выходом 90-99 %. Расход связующего определен потребностью его для формирования крупного агломерированного продукта с минимально возможной зольностью.

Следует отметить, что в значения выхода и зольности агломерированного концентрата включено содержание связующего, поэтому дополнительное снижение зольности концентрата можно объяснить повышенным содержанием беззольного связующего в углемасляных гранулах. Поскольку основная часть связующего остается в гранулированном продукте заметно повышается его калорийность. Снижение влажности концентрата при увеличении количества мазута в нем объясняется дополнительным вытеснением воды с поверхности угля углеводородами.

Результаты обогащения углей различных стадий метаморфизма методом масляной агломерации

Зольность отходов обогащения угля составляет А^d =70-80%. При этом создаются условия для утилизации минеральной части отходов в качестве компонента строительного материала.

Полученные результаты (таблица) подтверждают высокую селективность процесса масляной агломерации и возможность получения низкозольного концентрата. Снижение зольности концентрата с уменьшением крупности исходного угля с 1,0 до 0,2 мм объясняется более глубоким раскрытием сростков угля и породы и отсутствием промпродуктовых частиц, которые, попадая в углемазутные гранулы, повышают их зольность.

Вместе с тем, не обнаружено зависимости зольности углема-зутного продукта от стадии метаморфизма углей. Так, например, при обогащении угля марки Д и угольного шлама марки СС полученные концентраты имеют одинаковую зольность 5,6% при крупности исходного угля -1,0 мм и зольность 4,9% при крупности угля -0,5 мм. Хотя при крупности исходного угля -0,2 мм концентрат марки Д имеет зольность 4,0%, а концентрат марки СС - зольность 4,8%, это не дает основания связывать полученные результаты с различием в стадии метаморфизма углей.

Что касается результатов обогащения угля марки Т, то в этом случае не обнаружено заметного влияния крупности исходного угля на зольность получаемого концентрата, так как зольности концентратов 6,0%, 5,6% и 5,9% можно считать практически одинаковыми.

С учетом результатов исследований технологическая схема приготовления ВУТ из концентрата масляной агломерации включает следующие операции: измельчение угля, обогащение методом масляной агломерации, приготовление ВУТ, гидротранспортирование, хранение и сжи­гание ВУТ.

При реализации рассмотренной технологической схемы глубокого обогащения угля возможно получение высококачественного гранулированного концентрата для производства водо-угольного топлива, которое должно занять подобающее место на рынке традиционных ископаемых видов топлива.

В конечном итоге, получение и применение ВУТ должно обеспечить снижение стоимости вы рабатываемой электрической или тепловой энергии и экологической нагрузки на окружающую среду.

В заключении следует подчеркнуть, что круг работ по обогащению углей методом масляной агломерации достаточно узок. Между тем, использование метода масляной агломерации в практике имеет большие перспективы. Именно потребности современной технологии подготовки ВУТ диктуют необходимость дальнейшего развития теоретических и экспериментальных работ по определению закономерностей различных технологических марок углей подвергаться глубокой деминерализации, знание которых необходимо для оптимизации процесса получения высокореакционного ВУТ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.                     Зайденварг В.Е., Трубецкой К.Н., Мурко В.И., Нехо­роший И.Х. Производство и использование водоугольного топлива. —М.: Издательство Академии горных наук. 2001. 176 с.

2.                     Корочкин Г.К., Мурко В.И., Своров В.А., Горлов Е.Г., Головин Г. С. Совершенствование технологии получения водоугольного топлива // ХТТ. 2001. №3. С. 13-27.

3.                     Мурко В.И,, Заостровский А.Н. Выбор углей для при­готовления водоугольных суспензий и закономерности ормирования их структурно-реологических характери­стик //Вести. КузГТУ. 2001. № 5. С. 49-54.

1.                      Клейн М.С., Байченко А.А., Почевалова Е.В. Масля­ная грануляция угольных шламов Кузбасса // Вести. Куз­ГТУ. 1999. № 6. С. 59-62.

2.                     Обогащение ультратонких углей / Елишевич А.Т., Оглоблин Н.Д., Белецкий В.С., Папушин Ю.Л. - Донецк: Донбас: 1986 - 64 с.