Способ получения гранулированного твердого топлива

 

Изобретение относится к углеперерабатывающей промышленности и энергетике для коммунально-бытовых потребителей. Сущность изобретения: способ получения гранулированного твердого топлива включает измельчение сырья - мелких классов бурого, каменного угля, антрацита или их смесей, сушку и термоподготовку в вихревой камере при 450-600^oС при скорости нагрева 10000-15000 град/мин до остаточного содержания влаги менее 5% и гранулирование в присутствии связующего - раствора лигносульфоната на тарельчатом грануляторе до размеров гранул 2-4, 12-18 или 15-20 мм; скорость вращения тарели гранулятора составляет 15-20 об/мин, угол наклона тарели гранулятора 42-45^o; гранулирование проводят в течение 10-30 мин; раствор лигносульфоната берут в количестве 1-5% от массы сырья после термоподготовки уголь подвергают доизмельчению до менее 0,2 мм, после гранулирования фракцию менее 2 мм отсеивают и возвращают в процесс. 8 з.п.ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к способам получения гранулированного твердого топлива с заданными геометрическими размерами и может быть использовано для организации производства экологически приемлемого твердого топлива (гранул) для коммунально-бытовых потребителей.

Известен способ получения топлива, в котором агломерированный уголь при 450-460^oС перемешивают и растирают в реакторе с движущимся слоем при использовании вращающихся валков (WO 85/01 061, A1, Firma carlstill GMBH and CO. KG, 14.03.85, C 10 L 5/08).

Однако для получения механически прочного и термостабильного топлива необходимо применять малозольные угли и сложную технологию термической обработки.

Известен способ получения гранулированного твердого топлива - угля, включающий измельчение угля, разделение его по фракциям, смешение фракций с масляным агентом-мазутом и гранулирование в турбинном грануляторе до размеров гранул (0,7-1,6) мм (SU, 1527250, А1, Донецкий политехнический институт, 07.12.89, С 10 L 5/ОО).

Недостатком известного способа является то, что при получении гранул из измельченного угля, содержащего более 30% золы, особенно, если минеральная часть угля представлена глинистыми компонентами, не позволяет достигнуть при его сжигании КПД бытовых печей выше 40-45%, что равнозначно применению рядового угля.

Наиболее близким является способ получения гранулированного твердого топлива, включающий измельчение бурого угля до менее 1,68 мм, сушку его и последующее гранулирование на тарельчатом (дисковом) грануляторе в присутствии связующего раствора водного лигносульфоната - 5% и сушку гранул (US, 4302209, A, Departament of Energy, 24.11.81, C 10 L 5/02).

Недостатком способа является невысокая эффективность топлива, вызванная происходящими химическими преобразованиями минеральных компонентов углей, особенно глинистых, сопровождающимися образованием керамикоподобного материала, непроницаемого для кислорода воздуха. Гранулы сгорают малоэффективно, так как выделяющаяся из малоразвитой поверхности (пор) угля влага препятствует проникновению кислорода воздуха и сгоранию (окислению) органической части угля. Это обуславливает низкий КПД топлива.

Техническим результатом изобретения является повышение КПД использования топлива при сжигании, а также повышение эффективности использования мелких классов углей, в том числе низкосортных, содержащих до 60% минеральной части, получения экологически приемлемого твердого топлива.

Это достигается тем, что способ получения гранулированного твердого топлива включает измельчение сырья - мелких классов угля бурого, каменного, антрацита или их смесей, сушку и термоподготовку угля при 450-600^oС до остаточной влажности менее 5% в вихревой камере при скорости нагрева 10000-15000 град. /мин и последующее гранулирование на тарельчатом грануляторе в присутствии связующего раствора лигносульфоната до размеров гранул 2-5, 12-18 или 15-20 мм.

Дополнительно: - сушку осуществляют до содержания влаги 20-25%; - используют сырье с содержанием минеральной части до 60% и влаги до 60%; - используют гранулятор с размером тарели 1.0-4.0 м; - лигносульфонат используют в количестве 1-5% от массы угля; - скорость вращения тарели гранулятора составляет 15-20 об/мин, а угол наклона тарели гранулятора 42-45^o; - гранулирование проводят в течение 10-30 мин; - после термоподготовки уголь подвергают измельчению до менее 0,2 мм; - после гранулирования фракции менее 2 мм отсеивают и возвращают в процесс.

Уголь - бурый, каменный, антрацит или их смесь измельчают до крупности от +13 мм до -5 мм. В вихревой системе скоростного нагрева первой ступени уголь нагревается газовым теплоносителем до 100-120^oС, после которой остаточное содержание влаги в угле составляет 20-25% (содержание влаги в исходном угле - до 60%). Затем уголь поступает в циклон второй ступени высокоскоростного нагрева - (10000-15000 град./мин, где при 450-600^oС высушивается до остаточного содержания влаги менее 5,0%. После разделения с теплоносителем в циклоне уголь направляют в измельчитель-дезинтегратор, где его доизмельчают до класса крупностью менее 0,2 мм. Измельченный уголь поступает в гранулятор (размер тарели 2,0 или 4,0 м). В гранулятор насосом подается раствор лигносульфоната в количестве 1-5% от массы угля. Готовые гранулы направляются на затаривание, а образующиеся мелкие фракции (менее 0,5% от угля) отсеиваются и возвращаются в процесс.

Осуществление сушки и термоподготовки угля в вихревых камерах существенно, поскольку применение трубчатых сушилок непроизводительно увеличивает энергозатраты, продолжительность сушки и снижает единичную мощность агрегата (т/ч испаряемой влаги).

Осушка и термоподготовка со скоростью нагрева 10000-15000 град/мин обеспечивает образование частиц угля со средним размером не более 500 мкм.

Осуществление гранулирования в течение 10-30 мин с углом наклона тарели гранулятора 42-45^o и скоростью вращения тарели 15-20 об./мин приводит к образованию механически прочных гранул геометрически правильной формы, что повышает КПД печи при сжигании топлива.

Добавление связующего в количестве от 1 до 5%, обеспечивает образование механически прочных, не склонных к самовозгоранию гранул. При этом уменьшается дымность процесса, так как выделяющиеся из гранул угля летучие продукты могут сгорать в пространстве между гранул.

Пример 1. 100 кг бурого угля Подмосковного бассейна (характеристика угля указана в табл. 1) измельчают до крупности 8 мм. В вихревой системе скоростного нагрева сырье нагревают теплоносителем до 110^oС при скорости нагрева 12000 град/мин до остаточного содержания влаги в угле 22%. Затем уголь направляют на термоподготовку, где при 500^oС доводят его до влажности 3,5%. После разделения с теплоносителем в циклоне уголь направляют в измельчитель-дезинтегратор для доизмельчения до класса крупностью менее 0,2 мм. Измельченный уголь подвергают гранулированию на тарельчатом грануляторе с диаметром 1,8 м. К предварительно высушенному углю добавляют 1,5 мас.% раствора лигносульфоната 10%-ной концентрации. Скорость вращения тарели гранулятора составляла 15 об/мин, угол наклона тарели гранулятора 45^o. Время гранулирования 20 мин. Получено 115 кг гранул правильной круглой формы размером 15-20 мм.

Примеры 2-4. Аналогично примеру 1 с изменением применяемого исходного угля. Характеристика углей приведена в табл.1, примеры 1-4 - в табл.2.

Пример 5. 200 кг угля с содержанием минеральной части (золы) и влаги в исходном сырье согласно табл.1 (бурый уголь Подмосковного бассейна) после предварительной термоподготовки в вихревых камерах подвергали гранулированию на тарельчатом грануляторе с диаметром 1,0 м. К углю добавляли 1,5 мас.% раствора лигносульфоната 7,5%-ной концентрации. Скорость вращения тарели гранулятора составляла 15 об./мин, угол наклона тарели гранулятора 42^o, время гранулирования 30 мин. Получено 215 кг гранул размером 15-20 мм.

Пример 6. Аналогично примеру 5 проводят гранулирование бурого угля Подмосковного бассейна (характеристика угля указана в табл.1) с изменением времени гранулирования (25 мин) и размера получаемых гранул (12-18 мм).

Пример 7. Аналогично примеру 5 проводят гранулирование бурого угля Подмосковного бассейна (характеристика угля указана в табл.1) с изменением параметров гранулирования. К углю добавляли 1,8 мас.% раствора лигносульфоната 8%-ной концентрации. Скорость вращения тарели гранулятора составляла 18 об/мин, угол наклона тарели гранулятора 50^o, время гранулирования 16 мин, размер полученных гранул 2-5 мм.

Пример 8. 100 кг смеси в массовом соотношении 1:1 углей Подмосковного и Канско-Ачинского бассейнов после измельчения, сушки и термоподготовки подвергали гранулированию на тарельчатом грануляторе с диаметром тарели 1,0 м. К углям добавляли 2,2 мас. % раствора лигносульфоната 10%-ной концентрации. Скорость вращения тарели гранулятора составляла 15 об/мин, угол наклона тарели гранулятора 42^o, время гранулирования 18 мин. Получено 105 кг гранул размером 15-20 мм.

Пример 9. Аналогично примеру 5 проводят обработку и гранулирование каменного угля Кузбасса. Получено 205 кг гранул размером 15-20 мм.

Пример 10. 75 кг смеси в массовом соотношении 1:1 бурого угля Подмосковного бассейна и каменного угля Кузбасса после измельчения, сушки и термоподготовки подвергали гранулированию на тарельчатом грануляторе с диаметром тарели 1,8 м. К углям добавляли 2,0 мас.% раствора лигносульфоната 8%-ной концентрации. Скорость вращения тарели гранулятора составляла 15 об/мин, угол наклона тарели гранулятора 45^o, время гранулирования 20 мин. Получено 80 кг гранул размером 12-18 мм.

Пример 11. 120 кг смеси в массовом соотношении 2:1 бурого угля Подмосковного бассейна и угля Интинского месторождения в условиях, аналогичных примеру 10, подвергали обработке и гранулированию на тарельчатом грануляторе. Получено 130 кг гранул размером 12-18 мм. Пример 12. 200 кг смеси в массовом соотношении 1:1 угля Подмосковного бассейна и измельченного антрацитового штыба подвергали измельчению, сушке, термоподготовке и гранулированию на тарельчатом грануляторе в условиях, аналогичных примеру 10. Получено 220 кг гранул размером 12-18 мм.

Примеры 5-12 приведены в табл.3.

Анализ результатов показывает, что получение механически прочного, термически устойчивого, не загрязняющего при сжигании окружающую среду гранулированного коммунально-бытового твердого топлива достигается в указанных условиях (см.табл. 1-3).

Сравнение полученных результатов с показателями сжигания гранул по способу-аналогу свидетельствует о том, что КПД использования в бытовой печи составляет 70-75%, что превышает соответствующий показатель по аналогу на 30-15%.

Формула изобретения

1. Способ получения гранулированного твердого топлива, включающий измельчение сырья, сушку и гранулирование в присутствии связующего раствора лигносульфоната, отличающийся тем, что в качестве сырья используют мелкие классы бурых, каменных углей, антрацитов и их смесей, после сушки проводят термоподготовку сырья при 450 600^oС до остаточного содержания влаги менее 5% сушку и термоподготовку сырья осуществляют в вихревой камере при скорости нагрева 10000 15000 град/мин и гранулирование проводят до размера гранул 2 5, 12 18 и 15 20 мм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сушку осуществляют до содержания влаги 20 25% 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют сырье с содержанием до 60% минеральной части и до 60% влаги.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют гранулятор с размером тарели 1,0 4,0 м.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что скорость вращения тарели гранулятора составляет 15 20 об./мин, а угол наклона тарели гранулятора 42 - 45^o.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что гранулирование проводят в течение 10 30 мин.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество связующего составляет 1 5% от массы сырья.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после термообработки сырье подвергают измельчению до класса крупностью менее 0,2 мм.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что после гранулирования фракцию 2 мм отсеивают и возвращают в процесс.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3