CC BY
29
ГРНТИ 52.45.31 Е. С. Абдрахманов
к.т.н., профессор, кафедра «Металлургия», Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, 140008, Республика Казахстан e-mail: erai1512@mail.ru
СНИЖЕНИЕ БАЛЛАСТА В СОСТАВЕ УГОЛЬНОЙ МЕЛОЧИ ЗА СЧЕТ ЕЕ ОБОГАщЕНИЯ И БРИКЕТИРОВАНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ НОВЫХ КОМПОНЕНТОВ И СВЯЗУющИХ
Установлены характеристики брикетов на биосвязующих и на нефтяном пеке с обогатителями в виде резинотехнической сажи и анодной пыли электролизеров для получения алюминия. Выявлено, что теплотворная способность брикетов выше, чем экибастузского угля на 20—40 %, причем теплотворная способность наиболее высокая у брикетов с обогатителем в виде анодной пыли и связующем в виде нефтянного пека (-АН0 = 6840,8 ккал/кг). Сконструированы конструкции сажеуловительной
' сгорания ' ± ^ ± ± ^ ' ^
установки, сортировочно-просеивающего оборудования, смешивающей лабораторной установки, мундштучно-брикетирующего пресса, валкового брикетирующего пресса и шнекового смесителя с обогревателем.
Ключевые слова: угольная мелочь, брикеты, сажа, анодная пыль, коксование.
ВВЕДЕНИЕ
Экономное и рациональное использование сырьевых ресурсов, стимулирующее рост промышленного производства, является одним из основных требований, выдвигаемых Правительством РК в области дальнейшего развития обрабатывающих отраслей промышленности. В Государственной программе индустриально-инновационного развития на 2015-2019 годы одним из приоритетных секторов экономики является - производство машин и оборудования для горнодобывающей промышленности [1, 2].
Одними из главных проблем Экибастузского угольного бассейна являются высокая зольность угля и большое количество мелочи, что в свою очередь требует поиска путей его обогащения и окускования [3-10].
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Объектом исследования являлись угольная мелочь Экибастузского угля, из которой получали топливные брикеты с повышенной теплотворной способностью и меньшей зольностью за счет обогатителей в виде резинотехнической сажи и анодной пыли электролизеров для получения алюминия, в качестве связующего использовались суспензия биомассы с водой и пек нефтяной [11]. Характеристики проб полученных топливных брикетов приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Характеристики проб топливных брикетов
№ проб Наименование компонентов Содержание, % Фракция, мм Время перемешивания, мин. Время нагрева, мин Температура нагрева, °С Плотность брикета, г/см3 Удельное давление прессования, МПа
1 Уголь Пыль анодная Пек нефтяной 45 30 25 0,8-1,2 0,2-0,4 0,2-0,4 8 5 200 1,41 25,5
2 Уголь Сажа резиновая Пек нефтяной 53 27 20 0,8-1,0 0,00060,001 0,2-0,4 5 5 250 1,44 25,5
3 Уголь Пыль анодная Пек нефтяной 45 25 30 1,0-1,2 0,2-0,4 0,2-0,4 8 5 200 1,42 25,5
4 Уголь Пыль анодная Пек нефтяной 53 27 20 1,0-1,2 0,2-0,4 0,2-0,4 5 5 250 1,46 25,5
5 Уголь Пыль анодная Пек нефтяной 45 30 25 0,8-1,0 0,2-0,4 0,2-0,4 8 5 250 1,45 25,5
Уголь Сажа 50 25 0,8-1,2 0,0006-
6 резиновая Суспензия Биомассы с водой 25 0,001 5 сушка 60 мин. 105 1,38 25,5
По показаниям сертификата, выданным ТОО «Институт химии угля и технологии» (г. Астана) лучшими показателями обладают пробы № 1, № 3, № 5, т.е. пробы, где состав соответствует аналитически рассчитанной рецептуре брикетной массы и длительности сухого перемешивания (таблица 2) [11].
Таблица 2 - Результаты химического анализа на углерод (С) в угольных брикетах
и расчет энтальпии сгорания угольных б рикетов
№ брикетов Содержание углерода, % -АН0 сгорания, кДж/кг -АН0 сгорания, ккал/кг
1 61,05 23834 5696,5
2 54,63 19523 4666,1
3 63,89 25741 6152,3
4 60,74 23626 5646,0
5 68,18 28622 6840,8
6 56,31 20651 493,7
Расчет ДН0 проведен по формуле из экспериментальных данных по
сгорания г т г ^ г
энтальпии сгорания углей разреза «Северный» Экибастузского бассейна:
ДНсго = 17161 - 671,5 (% С), кДж/кг.
Сравнение с теплотой сгорания Экибастузского угля (17380 кДж/кг) показывает более высокие тепловые характеристики угольных брикетов как на биосвязующих, так и на нефтяном пеке.
На следующем этапе исследований определяли зависимость зольность брикетов. Состав брикетов приведен в таблице 3.
Таблица 3 - Результаты определения сухого, зольного остатка смеси сажи и
мелочи Экибастузского угля
Размер фракции угля, мм Содержание угля в брикете, % Содержание сажи в брикете, % Содержание воды в брикете, гр. Выход золы, %
1 100 0 23 40
1 100 0 23 42
1 100 0 23 44
1 70 30 23 32
1 70 30 23 33
1 70 30 23 30
1 60 40 23 24
1 60 40 23 26
1 60 40 23 22
1 50 50 23 16
1 50 50 23 17
1 50 50 23 19
0,8 70 30 23 33
0,8 70 30 23 29
0,8 70 30 23 28
0,8 60 40 23 23
0,8 60 40 23 20
0,8 60 40 23 21
0,8 50 50 23 15
0,8 50 50 23 16
0,8 50 50 23 17
Для обработки результатов моделирования использовали регрессионный анализ, который проводили в пакете прикладных программ MicrosoftOfficeExcel.
В результате обработки этих данных было получено уравнение регрессии в виде линейной зависимости типа:
Y = к1х1 + к2х2 + Ь (1)
где Ь - свободный член уравнения; к1 и к2 - коэффициенты переменных х1 и х2; х1 и х2 - переменные уравнения.
Принимая размер фракции угля за x1 и содержание угля в брикете за x2 получили уравнение регрессии для определения выхода золы Y от размера фракции угля и содержания угля в брикете:
Y = 6,11x1 + 0,51x2 - 12,94 (2)
Был определен коэффициент детерминации, который имеет значение R2 = 0,93, что показывает хорошую сходимость результатов. Далее была проверена адекватность модели, рассчитан критерий Фишера и сверен с табличными данными. Расчетный критерий Фишера = 0,005, что меньше F^ Таким образом, можно сделать вывод об адекватности модели.
Также для различных размеров фракций угля были построены графики зависимости выхода золы от содержания угля в брикете и получены уравнения регрессии, коэффициенты детерминации (рисунки 1 и 2). Для проверки адекватности модели был рассчитан критерий Фишера. Построение графиков и вычисление уравнений регрессии, коэффициентов корреляции и критерия Фишера проводили с использованием пакета прикладных программ Microsoft Office Excel.
10 -
5 -
0 -
0 20 40 60 SO 100 120
Содержлниеугляв брикете, %
Рисунок 1 - Зависимость при размере фракции угля 1 мм (критерий Фишера F = 0,007)
30 25 в"' ¡3 20 о !" й 10 5 0 t
у = 0,7х-19,556 X R-=0,S>1S1
jC
1 10 20 30 40 50 60 70 SO Содержаниеугляв брикет«, %
Рисунок 2 - Зависимость при размере фракции 0,8 мм (критерий Фишера F = 0,015)
Также в работе были спроектированы и изготовлены конструкции оборудования для получения сажи, брикетирующие установки мундштучного и валкового типа и шнекового смесителя с обогревателем.
ВЫВОДЫ
1 В работе выявлено, что теплотворная способность брикетов выше, чем экибастузского угля на 20-40 %, причем теплотворная способность наиболее высокая у брикетов с обогатителем в виде анодной пыли электродов электролизного производства алюминияи связующем в виде нефтянного пека (-ДН0 = 6840,8 ккал/кг).
v сгорания 3 '
2 Установлена зависимость выхода золы от содержания сажи в брикете при размере фракции 0,8 мм. Однозначно можно заключить, что состав смеси: уголь - 50 %, сажа - 50 %, при размерах фракций угля и сажи 0,8 мм, можно взять за основной, так как при этих значениях выходит минимальное количество золы, равное 15 %.
3 Сконструированы конструкции сажеуловительной установки, сортировочно-просеивающего оборудования, смешивающей лабораторной установки, мундштучно-брикетирующего пресса, валкового брикетирующего пресса и шнекового смесителя с обогревателем.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Указ Президента Республики Казахстан от «01» августа 2014 года № 874 «Об утверждении Государственной программы индустриально-инновационного развития Республики Казахстан на 2015-2019 годы и о внесении дополнения в Указ Президента Республики Казахстан от 19 марта 2010 года № 957 «Об утверждении перечня государственных программ».
2 Постановление правительства РК от 28 июня 2008 года № 644. О Концепции развития угольной промышленности Республики Казахстан на период до 2020 года.
3 Утилизация отходов горных предприятий Казахстана : научное издание / Л. А. Якушев // Проблемы и перспективы комплексного освоения и сохранения земных недр. - М., 2014. - С. 401-404.
4 Никишанин, М. С. Новые технологии использования углей, угольной и коксовой мелочи : научное издание // Международная научно-практическая конференция «Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов», проводимая в рамках выставки-ярмарки «Уголь России и Майнинг», Новокузнецк, 2009. - Новокузнецк : СибГИУ, 2009. - С. 295-301.
5 Александрова, Т. Н. Способ обогащения угольного сырья / Т. Н. Александрова, А. В. Сорочинская; ИГД ДВО РАН. - № 2010118956/03; Заявл. 11.05.2010; Опубл. 10.06.2012.
6 Васильев, В. С. Брикетирование угольных шихт в вальцовых прессах : научное издание // Уголь Украины. - 2013. - N 4. - С. 40-46.
7 Степанова, Н. В., Волкова, А. И. Брикетирование угольной пыли как способ переработки отходов угольных разрезов (на примере ООО «СУЭК-Хакасия «Разрез Черногорский») : научное издание // Окружающая среда: эффективное природопользование и здоровье человека. - Сибай, 2013. - С. 29-33.
8 Губайдуллин, А. Б., Борщев, М. Н. Брикетирование угля : научное издание // 2 Международная научно-практическая конференция «Современные тенденции и инновации в науке и производстве», Междуреченск, 3-5 апр., 2013. - Кемерово, 2013. - С. 70-73.
9 Ленев, Л. А., Кусков, В. Б. Влияние технологии изготовления угольных брикетов на их свойства, // Зап. горн. ин-та. - 2006. - Т. 169. - С. 147-149.
10 К вопросу о механизме брикетирования «жестких» углей : Научный симпозиум «Неделя горняка-2003», М., 27-31 янв., 2003 / Ю. В. Шувалов; Московский государственный горный университет, Моск. гос. горн. ун-т // Горн. инф.-анал. бюл. - 2004. - N 2. - С. 127-129.
11 Абдрахманов, Е. С., Быков, П. О., Богомолов, А. В. Теплотворная способность обогащенных топливных брикетов, полученных из мелочи Экибастузского угля // Вестник ПГУ. Энергетическая серия, 2017. - С. 9-13.
Материал поступил в редакцию 14.02.18.
Е. С. Абдрахманов
Жаца компонеттер мен байластыргыштарды колдану аркылы кем1р унтактарыныц к^рамындагы балластты темендету аркылы байыту мен брикеттеу
С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекетлк университет^ Павлодар к., 140008, Казахстан Республикасы.
Материал баспаFа 14.02.18 тYстi.
Е. S. Abdrakhmanov
Reduction of ballast in coal fines due to its enrichment and briquetting with the use of new components and binders
S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan.
Material received on 14.02.18.
Алюминий алуга цолданылатын электролизерлердегi анод шацы мен резинатехникалъщ куйе туртде байытылган муцай пегi жэне биобайластыргыштардыц брикеттерге сипатамалары дэлелдендi. Еюбастуз квмiрiне цараганда брикеттердщ жылу шыгару ^6^mmi 20-40 % жогары екеш аныцталган, сонымен цатар анод шацы мен байытылган жэне мунай пегi тyрiндегi байластыргыштармен жасалган брикеттердщ жылу шыгару (-ДН°жану = 6840,8 ккал/ кг) жогары болып келедi. Куйе устагыш цондыреыныц, сурыптау-елеу жабдыгыныц, араластыреыш зертханалыц цондыргыныц, мундштукты — брикеттеу баспасыныц, бiлiктi брикеттеу баспасыныц жэне цыздырмалы шнектi араластыргыштыц конструкциясы цурылгыланган.
The characteristics of briquettes on bio-binding and on petroleum pitch with enrichers in the form of rubber-technical soot and anode dust of electrolysers for aluminum production have been established. It is revealed that the calorific value of briquettes is higher than that of Ekibastuz coal by 20—40 %, and the heating value is the highest for briquettes with an enrichment agent in the form of anode dust and a binder in the form of petroleum pitch (-NH combustion = 6840,8 kcal/kg). The structures of the soot separator, sorting and sifting equipment, mixing laboratory equipment, the mouthend briquettingpress, the briquettingpress and the screw mixer with the heater have been designed.
