ОПИ   ГФ   ДонНТУ   Портал магистров

Потапенко Сергей Юрьевич

Горный факультет

Кафедра «Обогащения полезных ископаемых»

Специальность «Обогащение полезных ископаемых»

Исследование и усовершенствование технологии подготовки коксующегося угля к магистральному гидравлическому транспортированию

Научный руководитель: д.т.н., проф. Белецкий Владимир Стефанович

Резюме Биография Реферат Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальный раздел

Реферат по теме выпускной работы

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: январь 2015 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

СОДЕРЖАНИЕ

• Введение
• 1. Актуальность темы
• 2. Цель и задачи исследования
• 3. Обзор и анализ технологий подготовки коксующегося угля до магистрального гидротранспорта
• 3.1 Магистральный гидравлический транспорт угля
• 3.2 Факторы влияния гидротранспорта на коксующиеся свойства угля
• 3.3 Современные технологии гидротранспорта коксующегося угля
• Выводы
• Список источников

ВВЕДЕНИЕ

Рост мировых цен на нефтепродукты обусловил повышение интереса к углю как приоритетного теплоносителю и сырья в химической и других отраслях промышленности. Концепция развития угольной промышленности Украины (2008 г.) предусматривает увеличение объема добычи на 27% (96,5 млн. тонн) до 2015 года. Вместе с тем, для передачи больших количеств угля на значительные расстояния наиболее выгодным является гидротранспортирование.

1. АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ

Актуальность работы обусловлена важностью исследования и разработкой технологий подготовки коксующегося угля к магистральному гидравлическому транспортированию. Магистральные гидротранспортные системы (МГТС) имеют ряд принципиальных преимуществ перед традиционными технологиями передачи угля на дальние расстояния, и поэтому являются перспективными на расстояниях от первых сотен до 1-2 тыс. км. В тоже время, как показали предыдущие исследования, коксующийся уголь при передаче на дальние расстояния гидротранспортом частично теряет свои коксующиеся свойства. Рядом научных исследовательских организаций, в частности, НПО «Хаймек» (Донецк) и ДонНТУ в 1990-200 гг. разработали основы альтернативных технологий, которые позволяют частично уменьшать негативное влияние факторов гидротранспорта на коксующиеся свойства угля. Но эти технологии требуют дальнейшего совершенствования с применением техники и технологий обогащения полезных ископаемых.

Таким образом, проблема исследования и усовершенствования технологии подготовки коксующегося угля к магистральному гидравлическому транспортированию требуют дальнейшего изучения и развития отечественной наукой. Это и обусловливает целесообразность выбора именно этой темы магистерской работы.

2. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Задачей настоящей работы является исследование и совершенствование технологии подготовки коксующегося угля передаваемое гидротранспортом на дальние расстояния (200-500 км и более). Для этого предлагается совмещения процессов гидротранспортирования и частичной масляной агломерации с целью разработки новой высокоэффективной технологии для использования в конечном итоге в промышленных гидротранспортных системах.

3. ОБЗОР И АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ ПОДГОТОВКИ КОКСУЮЩЕГОСЯ УГЛЯ ДО МАГИСТРАЛЬНОГО ГИДРОТРАНСПОРТА

3.1. Магистральный гидравлический транспорт угля

Трубопроводная гидротранспортного система состоит из трех основных терминалов (рис.1): подготовительного, линейной части с насосами и приемного. В состав подготовительного терминала входит обогатительная фабрика с дробильно-сортировочным отделением и комплекс пульпоприготовления. Приготовление гидросмеси на главной станции выполняется по следующей схеме:

- Классификация концентрата коксующегося угля с получением двух классов крупности 0-3 и 3-100 мм;

- Дробление концентрата класса 3-100 мм до крупности 3 мм;

- Подача воды в смесительные резервуары емкостью до тысячи м3 для обеспечения массовой концентрации 50 %.

Из резервуаров пульпа насосами подается в главную насосную станцию.

На главной насосной станции гидросмесь центробежными насосами нагнетается в аккумулирующий резервуар, из которого она закачивается в трубопровод.

Транспортировка гидросмеси осуществляется на десятки и сотни километров, в отдельных проектах - первые тысячи. При скорости движения смеси 1,37-1,98 м/с и температуре 25 - 30 C в 10 C угля находится в контакте с водой до нескольких десятков суток. Гидросмесь проходя ряд насосных станций, подвергается перепаду давления от 80-100 МПА. Здесь же наиболее активно происходит измельчение угля.

Для обеспечения бесперебойной работы гидротранспортной системы на промежуточных насосных станциях сооружаются парки-хранилища угольной пульпы, обеспечивающие опорожнение участков трубопровода. В конце углепровода, на конечной приемной станции, гидросмесь еще находится под определенным давлением, поэтому направление движения потока меняют с горизонтального на вертикальный и аккумулируют в резервуарах. Далее гидросмесь направляется на обезвоживание.

Основные характеристики крупных гидротранспортных систем приведены в таблице 1. Из таблицы видно, что длина работающих трубопроводов достигает 480 км, а размер максимального куска материала не превышает 3 мм. Наиболее известной системой прошлого столетия была система Блэк Меса - Мохейв, закрыта из-за проблем с водоснабжением [1]. Последний новейший проект магистрального трубопровода Уханского проектно и научно - исследовательского института угольных технологий [2] называется «Шэн-Вэй». Его пропускная способность 10,00 млн. т/ч, длина трубопровода - 729 км [3].

Таблица 1 - Основные характеристики современных углепроводов

3.2. Факторы влияния гидротранспорта на коксующиеся свойства угля

Ухудшение коксующихся свойств угля при гидравлическом транспортировании разные авторы связывают с различными технологическими факторами. Гидродинамическое воздействие турбулентных потоков в трубопроводе, а также механические удары в насосах, арматуре, на трассе гидротранспортной системы приводят к механохимической деструкции угольных частиц с разрывом химических связей и образованием новых поверхностей раздела «уголь - вода» [4]. При этом наиболее вероятный разрыв в боковых цепях макромолекул угольного вещества с образованием свободных радикалов, обладающих повышенной реакционной способностью, в том числе по отношению к дисперсионной среде (воде). Кроме того, длительный контакт с водой ведет, очевидно, к гидролитической деструкции угля. Наблюдаются явления перехода в водную фазу гуминовых кислот [4,5]. Большинство исследователей указывают на негативную роль именно фактора измельчения материала в гидротранспортного системе. В.Коршунов установил, что переход части угля в класс 0,5 мм изменяет температурные зоны термохимических процессов коксования, а это негативно влияет на прочности кокса [6].

В целях измельчения В.Коршунов рекомендует предельные расстояния транспортировки, при которых сохраняются коксующиеся свойства угля марок Г6, Г17, К2 - соответственно 20, 40 и 100 км.

Кроме измельчения при гидротранспортировании, обнаружен эффект перераспределения петрографических микрокомпонентов по классам крупности [7]. В частности, наблюдается значительное переизмельчение витринитовой части шихты до размеров 10 мкм и меньше. При этом главным образом переизмельчение витринита угля марки Г. Содержание его в мелких классах увеличивается по сравнению с исходной шихтой в два раза (рис.2).

Ю.Гет связывает изменение коксующихся свойств угля с изменением формы угольных зерен в трубопроводе - их обкаткой [8]. На рис.3 показано эффект обкатки зерен, обнаружен украинскими учеными при исследовании гидротранспорта на стенде типа «тор».

Г.Ригби объясняет ухудшение коксующихся свойств угля обволакиванием угольных зерен глинами, что по его мнению, увеличивает хрупкость кокса [9]. Относительно эффектов, связанных с влиянием глин, наблюдалось еще одно явление - глинистый материал вымывался с первичного угольного вещества и обволакивал зерна угля, в частности тонкие, полностью или частично, исключая их из процесса спекания (по поверхности контакта с глиной).

В.Ердман, Р. Кёллинг и Д.Ляйнингер считают, что ухудшение коксуемости угля при гидравлическом транспортировании обуславливается его окислением [10].

3.3. Современные технологии гидротранспорта коксующегося угля

В Украине уникальную технологию дальнего транспортирования коксующегося угля разработана Донецким национальным техническим университетом и НПО «Хаймек» [11].

АОЗТ НПО «Хаймек» - акционерное общество закрытого типа «Научно-производственное объединение «Хаймек»» исследует, разрабатывает и внедряет технологии и аппараты в области гидротранспорта сыпучих материалов, в частности угля, приготовления новых видов топлива на основе угля, в частности высококонцентрированных водоугольных суспензий, растворов для бурения и т.д. [12]. В технологии «Хаймек» говорится, что в группу гидросмесей со свойствами условно - однородных сред можно отнести также мелкозернистые угольные с максимальным размером частиц 2-3 мм и определенным содержанием тонких (микронных) частиц. Подобные гидросмеси, как правило, готовят на основе обогащенного малозольного угля. Они являются наиболее подходящими к транспортировке магистральными гидротранспортными системами в составе топливно - энергетических комплексов и после соответствующей обработки могут быть использованы в качестве котельного топлива.

Технология Донецкого национального технического университета (ДонНТУ) предусматривает частичную масляную грануляцию угля с гидросмеси, что позволяет, во-первых, значительно повысить эффективность его механического обезвоживания на приемной станции, во-вторых, обеспечивает обволакивание угольных зерен масляными пленками что существенно уменьшает (или устраняет) окисление угольной поверхности и обволакивания ее размокшими глинами при транспортировке, в-третьих, обусловливает образование структур типа «центр - оболочка», радикально уменьшающие измельчение угольных зерен при гидротранспртувании [13].

ВЫВОДЫ

1. Гидравлический транспорт угля выгодно отличается от железнодорожного и имеет следующие преимущества:

- Минимальные удельные экономические издержки и транспортные потери продукта;

- Минимальные сроки строительства трубопроводов;

- Повышенную надежность;

- Возможность полной автоматизации;

- Экологическую чистоту;

- Независимость от погодных условий;

- Низкая техногенная нагрузка на окружающую среду.

Технологические решения магистрального гидротранспорта широко использовались 1970-1990 гг. Сегодня технологии магистрального гидротранспорта угля активно используются в Китае (Уханским проектным и научно - исследовательским институтом угольных технологий).

2. Однако исследования и практика эксплуатации магистральных гидротранспортных систем выявили ряд технических и технологических проблем, основной из которых является негативное влияние гидротранспорта на коксующиеся свойства угля, в частности через:

- Измельчение угля;

- Обкатка зерен;

- Обволакивания угольных зерен глинами;

Окисление угольной поверхности;

3. В Украине и мире разработаны технологии дальнего транспортировки коксующегося угля. Одним из перспективных является технология Донецкого национального технического университета, которая предусматривает частичную масляную грануляцию угля с гидросмеси.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

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.