CC BY
16
© К.Н. Наумов, A.B. Гришин, A.C. Малолетнев, 2014
УДК 662.74:552
К.Н. Наумов, A.B. Гришин, A.C. Малолетнев
ПОЛУЧЕНИЕ ЭКОЛОГО- И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕГО ТОПЛИВА
ДЛЯ КОММУНАЛЬНО-БЫТОВЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
Приведены данные по получению гранулированного топлива для коммунально-бытовых потребителей из термоподготовленных мелких классов бурых углей Канско-Ачинского бассейна и Подмосковного. В результате проведенных теплотехнических испытаний показана высокая эффективность топливных гранул, полученных из смеси углей (50:50 и 70:30, соответственно), по сравнению с рядовым кусковым углем Подмосковного бассейна. Приведена разработанная схема промышленного производства мощностью 50-100 тыс. т гранулированного топлива в год. Ключевые слова: гранулированное топливо, мелкие классы углей, вихревая камера, лигносульфонат.
Угольное топливо для коммунально-бытовых потребителей со слоевой системой сжигания (отопительные печи у населения, котельные коммунально-бытового хозяйства и др.) в соответствии с действующими стандартами должно иметь размер более 13 мм и высокую теплоту сгорания. Оба этих показателя оказывают существенное влияние на кпд печей, эффективность и экологическую безопасность использования топлива. Так, если кпд сортового топлива в печи составляет 60-70%, то для топлива, содержащего 50-70% мелочи (рядовой уголь), этот показатель снижается до 40-45%, а в варочных печах - с 20% до 12-15%.
В настоящее время угольная промышленность России выпускает значительное количество сортового топлива, однако потребность в нем не удовлетворяется. Поэтому, существует проблема (особенно в шахтерских поселках) окускования мелких классов углей в механически прочное, а для экологической безопасности - в бездымное топливо. Для решения этой проблемы за рубежом в Великобритании, Германии, Бельгии, Франции в
промышленном масштабе (12 млн т в год) из мелких классов углей производят окускованное бездымное бытовое топливо, в США - гранулированное топливо для каминов и бытовых печей (3-4 млн т в год) [1, 2]. Наиболее простой метод окускования угольной мелочи - способ гранулирования, позволяющий получать из мелких классов углей (0-3 мм) с небольшими добавками связующих веществ (отходы деревообрабатывающей промышленности) достаточно прочные гранулы размером до 25-30 мм.
Для разработки технологической схемы и аппаратурного оформления процесса окускования угольной мелочи высокозольных углей в смеси с низкозольными углями выполнены исследования по получению гранулированного бытового топлива из мелких классов углей Подмосковного и Канско-Ачинского бассейнов, результаты которых приведены в настоящей статье. В качестве исходного сырья применяли бурые угли класса - 13 мм Канско-Ачинского и Подмосковного бассейнов. Термоподготовку углей осуществляли в вихревых камерах Жилевской ОПОФ
Таблица 1
Характеристика углей Подмосковного и Канско-Ачинского бассейнов и их смесей
Угольный бассейн, месторождение Уголь
Исходный После термоподготовки
% Ла, % % % кДж/кг % Ла, % % % кДж/кг
Подмосковный 15,0 45,4 45,6 4,07 10 512 8,0 48,4 52,1 3,46 10 286
Канско-Ачинский, Бородинское месторождение 32,0 8,7 49,0 0,34 15 884 0,2 10,3 32,7 0,35 25 700
Смесь углей Канско-Ачинского и Подмосковного бассейнов, мас.%:
50:50 22,8 28,1 45,8 2,32 12 958 5,1 30,0 45,3 2,34 -
70:30 23,6 19,7 46,2 1,76 13 986 5,9 25,3 36,6 1,74 -
(Московская обл.) при температуре 430°С путем высокоскоростного нагрева в среде дымовых газов. Термоподготовка в таких условиях сопровождается переизмельчением угля и образованием мелких классов (размер частиц <0,1-0,2 мм), увеличением его удельной поверхности и пористости в 5-10 раз по сравнению с исходным углем. Гранулирование проводили на тарельчатом грануляторе с диаметром тарели 1,5 м при скорости вращения 15-20 об/мин и угле наклона чаши 40-45°. Размер сформированных гранул составлял 15-20 мм. В ка-
честве связующего применяли водный раствор лигносульфоната, который добавляли в количестве 2-3% от углей, содержащих 5-8% влаги. Характеристика исходных и термо-подготовленных для гранулирования углей, а также их смесей приведены в табл. 1; показатели качества полученных сырых гранул - в табл. 2. Для предотвращения размокания гранул при транспорте и хранении, повышения их механической прочности необходимо осуществление процесса сушки гранул. В [3] установлено, что для получения гранул с содержанием
Угольный бассейн, месторождение Характеристика гранул
% Ла, % % % 0 , Р кДж/кг Механическая прочность, %
На истираемость На сбрасывание
Подмосковный 27,8 43,8 44,4 4,46 10 366 99,0 97,0
Канско-Ачинский, Бородинское месторождение 28,0 9,0 48,8 0,38 15 633 40,0 40,0
Смесь углей Канско-Ачинского и Подмосковного бассейнов, мас.%:
50:50 35,5 28,1 47,1 2,40 13 292 94,0 88,0
70:30 37,5 18,3 46,4 1,83 14 212 45,0 43,6
Таблица 2
Характеристика сырых гранул из углей Подмосковного и Канско-Ачинского бассейнов и их смесей
Таблица 3
Характеристика средних проб гранулированного топлива (размер 10-25 мм) из бурых углей и их смесей
Показатель, мас.% Бассейн
Подмосковный Канско-Ачинский +Подмосковный (50:50)
Влажность, мас.% 5,48 7,06
Зольность, Аа мас.% 48,05 31,4
Выход летучих веществ, У^ мас.% 24,96 16,5
Содержание серы, Ба( мас.% 3,39 1,56
Теплота сгорания, Qdafs кДж/кг 22 421 27 130
Механическая прочность, мас.%: на сбрасывание на истираемость 97,0 97,0 98,0 98,0
Термоустойчивость, кг/гранулу 8,0 7,0
Дымность (по поглощению излучения), мас.% 17,0 20,0
влаги до 7%, которое соответствует их воздушно-сухому состоянию, необходима температура 160-180 °С и продолжительность сушки 30-40 мин, при температуре 140 °С - 40-45 мин. В результате осуществления сушки гранул при 160-180 °С было получе-
но топливо, характеристика которого приведена в табл. 3.
Сжигание гранул и для сравнения кускового угля класса 5-25 мм осуществляли в печи Коробанова, применяемой для испытаний бытового топлива по ГОСТ 9817-82. Во
Показатель Рядовой уголь Подмосковного бассейна Гранулированное топливо
Из угля Подмосковного бассейна Из смеси углей Канско-Ачинского и Подмосковного бассейнов, мас.%
50:50 70:30
Теплота сгорания, Qpн, кДж/кг 10 930 10 935 12 962 13 660
Потери тепла с уходящими газами,% 36,2 28,2 30,5 30,4
Потери тепла от химического недожога, % 14,9 4,9 5,9 5,2
Потери тепла от механического недожога, % 38,0 27,7 0,8 0,6
Кпд' печи, % 26,9 39,0 62,8 63,9
Степень сгорания ОМУ", % 60,0 98,2 98,7 99,0
' По ГОСТ 9817-82 нормы для отопительного режима не менее 60%, для варочного - не менее 25%. ** ОМУ - органическая масса угля
Таблица 4
Результаты сжигания гранулированного топлива
Принципиальная схема получения гранулированного топлива
1 - бункер исходного угля, 2 - молотковая дробилка, 3 - бункер, 4/1 и 4/2 - вихревые камеры, 5 - циклон, 6 - циклон-промыватель, 7 - аппарат теплового выдерживания, 8 - дробилка среднего дробления, 9 - бункер некондиционного угля, 10 - тонкое измельчение в шаровой мельнице или в высокооборотной дробилке, 11 - гранулятор У=1,2 м), 12 - емкость для лигносульфоната, 13 - сушилка, 14 - электрокалорифер, 15 - бункер с дозатором, 16 - меш-козашивочная машинка, 17 - транспортер, 18 - печь-генератор теплоносителя, 19 - емкость керосина, 20 - насос, 21 - воздуходувка.
время сжигания периодически определяли состав отходящих газов для определения кпд печи в соответствии с ГОСТ 9817-82. Температуру замеряли с помощью потенциометра в топке, над и под варочным настилом, а также на выходе дымовых газов из печи. Результаты сжигания приведены в табл. 4. При сжигании гранул из одного угля Подмосковного бассейна достигнут низкий кпд сжигания (39%), что объясняется высокой плотностью их накатки, причем в процессе горения участвует только внешняя поверхность гранул на глубину 5-6 мм,
дальше которой поступление кислорода прекращается. Величина потерь от механической неполноты сгорания гранул составила ~28%. При сжигании гранулированного топлива выделялось очень мало дыма и копоти, что объясняется особенностью структуры гранул, а именно - при большом коэффициенте избытка воздуха продукты деструкции топлива догорают внутри слоя гранул.
При сжигании гранул из смеси углей Канско-Ачинского и Подмосковного углей кпд печи увеличивался до 63-64%, а потери от механиче-
ской неполноты сгорания гранул составляли 0,6-0,8%.
Температура над слоем топлива составляла 600-650°С, отходящих дымовых газов - 140-180°С. При работе печи в отопительном режиме регулированием подачи воздуха процесс сгорания топлива может быть увеличен до 4-6 ч. Зольный остаток на 96-97% представлял собой выгоревшие гранулы, которые на 95% сохранили свою первоначальную шарообразную форму. Размер гранул при этом уменьшался в диаметре на 25-30%, насыпная масса - до 300-350 г/л, прочность составляла 8-10 кг/гранулу. Зольные гранулы имели высокую пористость, их водопоглощение достигало 21-24% от массы, прочность зольных гранул в воде не изменялась. Для практического использования в бытовых варочных печах могут быть рекомендованы гранулы с размером 15-20 мм. Для отопительных печей верхний предел размера гранул может быть увеличен до
25 мм. При сжигании рядового (негра-нулированного) угля Подмосковного бассейна с размером кусков 5-25 мм продолжительность горения топлива увеличивалась до 3 ч, степень сгорания ОМУ снижалась до 60%, а кпд печи -до 26,9%. Потери от механической неполноты сгорания угля возрастали до 38%. Таким образом, использование добавок мелких классов низкозольных углей, например, Канско-Ачинского бассейна - эффективный метод облагораживания углей Подмосковного бассейна при получении гранулированного коммунально-бытового топлива.
Результаты проведенных исследований и опытных работ позволили разработать совместно с ОАО «Тула-уголь» и ЗАО «Тулаинжнефтегаз» технологическую схему и конструкционное оформление аппаратуры стенда (рисунок) для получения гранулированного топлива из мелких классов углей и низкозольных обводненных шламов ОАО «Воркутауголь».
1. Головин Г.С., Рубан В.А., Фомин А.П. и др. // Уголь. 1996. № 2. С. 38.
2. Савченков В.Е., Кричко А.А., Мало-летнев А.С. и др. // Химия твердого топлива. 1998. № 2. С. 93.
_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Заманов В.В., Кричко А.А., Малолет-нев А.С. и др. // Химия твердого топлива. 2002. № 4. С. 87. ЕЕН
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
Наумов Константин Игоревич - кандидат технических наук, профессор, e-mail: [email protected]
Гришин Александр Владимирович - кандидат технических наук, Малолетнев Анатолий Станиславович - доктор технических наук, профессор, e-mail: [email protected] Московский государственный горный университет.
А
UDC 662.74:552
PRE-PARATION OF ENVIRONMENTAL AND ENERGY-SAVING FUEL FOR HOUSEHOLD CONSUMERS
Naumov K.I., Candidate of Engineering Sciences, Professor, e-mail: [email protected], Grishin A.V., Candidate of Engineering Sciences,
Maloletnev A.S., Doctor of Technical Sciences, Professor, e-mail: [email protected], Moscow State Mining University.
The data to obtain a granulated fuel to household consumers in small classes termopodgotovlennyh lignite Kansk-Achinsk and Moscow Basins. As a result of thermal testing shows you sokaya-efficiency wood pellet obtained from a mix-ture of coal (50:50 and 70:30, respectively), compared with ordinary lump coal Moscow Basin. The scheme shows the industrial production capacity of 50-100 tons of granulated fuel per year. Key words: granulated fuel, small classes coals, vortex chamber, lignosulfonate.
REFERENCES
1. Golovin G.S., Ruban V.A., Fomin A.P., Ugol', 1996. no 2, p. 38.
2. Savchenkov V.E., Krichko A.A., Maloletnev A.S., Himija tverdogo topliva, 1998, no 2, p. 93.
3. Zamanov V.V., Krichko A.A., Maloletnev A.S., Himija tverdogo topliva, 2002, no 4, p. 87.
A
ГОРНАЯ КНИГА
Горный информационно-аналитический бюллетень. Отдельный выпуск № 4. Дальний Восток
2013 390 с.
ISBN: 0236-1493 UDK: 622
Сборник содержит материалы V Всероссийской научной конференции с участием иностранных ученых «Проблемы комплексного освоения георесурсов», посвященной 100-летию со дня рождения чл.-кор. РАН Е.И. Богданова (г. Хабаровск, октябрь 2013 г.). Рассмотрен широкий круг актуальных вопросов, связанных с добычей и переработкой минерального сырья, ведением горных работ в сложных горно-геологических и горно-технических условиях, и намечены направления эффективного и безопасного освоения недр. Представлены, полученные в научных учреждениях России и мира, новые результаты фундаментальных и прикладных исследований в области геотехнологии, глубокой переработки минерального сырья, геомеханики, геоэкологии и ряда других разделов горных наук, играющих важнейшую роль для эффективного и безопасного освоения недр. Для научных и инженерно-технических работников горнодобывающей отрасли, аспирантов и студентов горных специальностей вузов.
ГОРНЫЙ
ИНФОРМАЦИОННО-
АНАЛИТИЧЕСКИЙ
БЮЛЛДТЕНЬ
MINING INFORMATIONAL AND ANALYTICAL BULLETIN
ДАЛЬНИЙ ВОСТОК
