Способ получения водоугольного топлива и его состав

Изобретение относится к энергетической промышленности, направлено на разработку состава и способа получения высококонцентрированного низкозольного водоугольного топлива (ВУТ), полученного из угольных шламов и предназначенного для перекачивания или перевозки гидротранспортом (углепроводы, железнодорожные цистерны, автоцистерны) на дальние расстояния. Водо-угольную суспензию 15-60% концентрации перемешивают 1-2 минуты, затем добавляют мазут в количестве 14-15% от массы угля и вновь перемешивают в течение 5-8 минут со скоростью n=1000-1500 об/мин. При этом образуются углемазутные гранулы (УМГ) зольностью А^d=4,8-5,6% и сернистостью S^d=0,2-0,3%. Извлечение угля из шлама составляет 80-85%. Пустая порода остается в водной фазе зольностью 78-84,5%. Полученные углемазутные гранулы размером 2-3 мм отделяются на сите с ячейками 0,5 мм от воды и пустой породы. Затем гранулы поступают в шаровую мельницу, куда подают воду и реагент-стабилизатор. В качестве реагента-стабилизатора используют гумат натрия в количестве 1-2% к массе углемазутных гранул. Мокрый помол проводят в течение 20-25 минут до получения частиц размером менее 0,25 мм. Полученная суспензия из мельницы поступает на сито-классификатор с ячейками 0,25 мм. Выход гранул менее 0,25 мм составляет 90,1- 99,91%. Водо-угольное топливо содержит 60-64% углемазутных гранул, 0,6-1,28% гумата натрия и остальное - вода. Устойчивость полученного ВУТ сохраняется в течение 30-40 суток при вязкости 0,6-0,8 Па·с. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к энергетической промышленности, а именно к получению устойчивого во времени водоугольного топлива (ВУТ) в виде суспензии, подаваемой при помощи гидротранспорта для сжигания в котельных установках и других теплогенерирующих системах, работающих на жидком топливе.

Известен способ [А.С. СССР №1151770 от 23.04.85, класс F 23 К 1/02] подготовки низкореакционного угля к сжиганию путем его измельчения в мельнице с одновременной обработкой аполярным реагентом и смешением с водой; отделением крупной фракции на сите; термообработкой для частичного удаления аполярного реагента из гранул; с добавлением пластификатора для устойчивости водоугольной суспензии (ВУС).

Недостатком данного способа является сложность процесса, многостадийность и использование дорогостоящих реагентов (пластификаторов).

Также известен способ подготовки углемасляного гранулята к сжиганию в топке [А.С. СССР №1537964 от 23.01.90, класс F 23 К 1/02], заключающийся в добавлении аполярного реагента в высокозольную ВУС с образованием и обезвоживанием высококонцентрированных гранул, с дальнейшим смешением полученных гранул с исходной ВУС в турбинном грануляторе, вследствие чего гранулы разрушаются до требуемого размера, и полученная гидросмесь поступает на сжигание в топке.

Недостатком данного способа является малая устойчивость ВУС во времени, не позволяющая перекачивать ее гидротранспортом на дальние расстояния.

Наиболее близким по достигаемому эффекту является прототип [Патент России №1489170 от 27.02.99, класс С 10 L 1/32], в котором описывается состав и способ получения водоугольной суспензии, используемой для транспортировки по трубопроводу, состоящей из (в мас.%) угля - 58-60; гумата - 0,5-0,7 и воды до 100.

Для приготовления водоугольной суспензии используют измельченный уголь (зольностью 15,8%) оптимального гранулометрического состава, полученный путем смешивания в соотношении 1:1 двух классов крупности 0,2-0,1 мм и менее 0,04 мм. Для получения 60% водоугольной суспензии 0,21 г гуминовой кислоты растворяют в 13,6 г 0,1 N раствора NaOH, затем прибавляют 0,21 г амина и тщательно перемешивают. В полученный раствор добавляют 21 г угля оптимального гранулометрического состава и перемешивают в течение 30 минут со скоростью 1500 об/мин. Полученная ВУС имеет вязкость 0,231-0,541 Па·с и устойчива к расслоению в течение 25-30 суток. В качестве амина используются тетраэтиламмонийгидроксид, мочевина, тиомочевина.

Недостатками прототипа является:

1. Высокая зольность готовой ВУС (A^d=15,8 мас.%).

2. Высокое содержание серы (S^d=0,67 мас.%).

3. Использование в качестве стабилизаторов дорогостоящих химических реагентов (в частности, аминогуминовые кислоты).

4. Относительно низкая стабильность получаемой ВУС (20-25 суток).

5. Концентрация угля в ВУС 58-60 мас.%.

6. Предварительное измельчение угля и рассев до оптимального гранулометрического состава, полученного смешением в соотношении 1:1 двух классов крупности 0,2-0,1 мм и менее 0,04 мм, который получают путем сверхтонкого измельчения в виброистирателе.

7. Относительно низкая теплота сгорания ВУС.

Вокруг угледобывающих и углеперерабатывающих предприятий в гидроотвалах, наружных отстойниках и шламонакопителях скапливается большое количество угля, представленного в виде тонкодисперсных угольных высокозольных шламов. Утилизация угольных шламов позволит одновременно решить две задачи, с одной стороны, - увеличить выход товарного угля и получить чистую оборотную воду и, с другой стороны, - осуществить экологические мероприятия, т.е. ликвидировать шламонакопители и гидроотвалы. Кроме того, высокозольные угольные шламы не пригодны для прямого использования в технологии ВУТ.

Задачей является разработка состава и способа получения высококонцентрированного низкозольного топлива, предназначенного для перекачивания или перевозки гидротранспортом (углепроводы, железнодорожные цистерны, автоцистерны) на дальние расстояния свыше 100 км.

К водоугольному топливу, перекачиваемому по трубопроводу или перевозимому на дальние расстояния в авто- и железнодорожных цистернах, предъявляются определенные требования:

1. Угольные частицы не должны быть более 0,3 мм, так как при транспортировке происходит их осаждение под действием силы тяжести, что приводит к закупорке труб.

2. Полученная суспензия должна быть стабильна не менее 30 суток.

3. Вязкость суспензии должна быть не более 0,8 Па·с при перекачивании по трубопроводу и не более 1,6 Па·с при перевозке автомобильным и железнодорожным транспортом.

4. Суспензия должна быть высококонцентрированной 55<С_m<75 мас.%.

5. ВУТ должно быть низкозольным, так как это:

- повышает теплотворную способность ВУТ;

- снижает вредные выбросы в атмосферу;

- сокращает золо- и шламоудаление;

- уменьшает износ и увеличивает срок службы котлоагрегатов.

Поставленная задача достигается тем, что водоугольная суспензия из гидроотвалов зольностью A^d=14,5-20% (мас.), сернистостью S^d=0,58-0,6% (мас.), концентрацией твердой фазы 15-60% (мас.) и размером частиц угольного шлама менее 1 мм подвергают обогащению методом масляной агломерации для отделения пустой породы.

Водоугольную суспензию с концентрацией угля 15-60% (мас.) перемешивают 1-2 минуты, затем добавляют мазут в количестве 14-15% (мас.) от массы угля и вновь перемешивают в течение 5-8 минут со скоростью n=1000-1500 об/мин. При этом образуются углемазутные гранулы (УМГ) зольностью A^d=4,8-5,6% и сернистостью S^d=0,2-0,3%. Извлечение угля из шлама составляет 80-85%. Пустая порода зольностью 78-84,5% остается в водной фазе. Полученные углемазутные гранулы размером 2-3 мм отделяются на сите с ячейками 0,5 мм от воды и пустой породы. Затем гранулы поступают в шаровую мельницу, куда подают воду и реагент-стабилизатор, т.е. осуществляют мокрое измельчение, которое является взрыво-, пожаробезопасным и экологически оправданным процессом.

В качестве реагента-стабилизатора используют гумат натрия в количестве 1-2% к массе углемазутных гранул. Мокрый помол проводят в течение 20-25 минут до получения частиц размером менее 0,25 мм.

Полученная суспензия из мельницы поступает на сито-классификатор с ячейками 0,25 мм. Выход гранул менее 0,25 мм составляет 90,1-99,91%. Подрешеточный продукт является готовым для гидротранспорта водоугольным топливом, содержащим % (мас.):

углемазутные гранулы	60-64
гумат натрия	0,6-1,28
вода	остальное

Устойчивость полученного ВУТ сохраняется в течение 30-40 суток при вязкости 0,6-0,8 Па·с.

На стадии обогащения высокозольного угольного шлама оптимальное время перемешивания суспензии с мазутом составляет 5-8 минут. Перемешивание менее 5 минут приводит к уменьшению извлечения угля из шлама до 79%, увеличению содержания серы в угле до 0,33% и соответственно снижению зольности отходов до 75%. Это объясняется тем, что аполярная жидкость (мазут) не успевает полностью смочить поверхность угольных частиц. Увеличение времени перемешивания свыше 8 минут не приводит к повышению степени извлечения и зольности отходов, поэтому нецелесообразно вести перемешивание более длительное время, так как расходуется дополнительная энергия.

Скорость перемешивания суспензии составляет 1000-1500 об/мин. При увеличении числа оборотов более 1500 об/мин особенно при низких концентрациях суспензии происходит разрушение гранул до размеров 1-2 мм. Снижение числа оборотов менее 1000 об/мин способствует увеличению размеров углемазутных гранул до 3-4 мм, что нежелательно, так как их на второй стадии приготовления водоугольного топлива все равно необходимо измельчать до размеров менее 0,25 мм.

Повышение концентрации угля в суспензии свыше 60% (мас.) приводит к увеличению вязкости, и система приобретает пастообразное состояние, которое с трудом поддается перемешиванию. Вследствие этого увеличивается зольность, содержание серы и размер гранул, а также снижается степень извлечения. Проводить процесс обогащения суспензии концентрацией менее 15% (мас.) экономически невыгодно, так как суспензия низко концентрированная, к тому же отходы водоугольных суспензий после флотации и побочных продуктов обезвоживания содержат твердых частиц не ниже 15% (мас.).

Оптимальный расход мазута на единицу массы угля составляет 14-15% (мас.). Этот предел обусловлен зольностью исходного шлама. Чем выше зольность, тем меньше чистого угля в шламе, тем меньше необходимо мазута для омасливания частиц угля. И наоборот, чем ниже зольность шлама, тем больше чистого угля, и соответственно, увеличивается расход мазута. Если мазута взять менее 14% на массу угля, то поверхность угольных частиц не полностью омасливается мазутом, и извлечение угля из шлама уменьшается до 74% (мас.). Увеличение расхода мазута на единицу массы угля свыше 15% (мас.) приводит к избытку мазута, что способствует слипанию мелких гранул в крупные конгломераты, а часть мазута остается в водной среде, загрязняя ее.

Добавление стабилизатора - гумата натрия в количестве 1-2% (мас.) от массы углемазутных гранул обусловлено тем, что при этом расходе водоугольное топливо обладает лучшей стабильностью. При уменьшении гумата натрия до 0,75% (мас.) от массы УМГ стабильность ВУТ составляет 24 суток при вязкости 1,0 Па·с и содержание частиц размером менее 0,25 мм - 79%. Увеличение расхода гумата натрия до 2,5% (мас.) от массы УМГ не приводит к лучшим результатам (стабильность - 40 суток, вязкость - 0,7 Па·с), при этом дополнительно увеличивается расход гумата натрия.

Оптимальная концентрация УМГ в готовом водоугольном топливе составляет 60-64% (мас.). Уменьшение концентрации нецелесообразно, так как при транспортировке топлива гидротранспортом экономически выгодно увеличивать содержание угля в суспензии. Увеличение концентрации УМГ в воде до 65% (мас.) приводит к возрастанию вязкости полученного топлива до 1,25 Па·с, что затрудняет транспортировку топлива по трубопроводу.

Оптимальное время измельчения углемазутных гранул в шаровой мельнице составляет 20-25 минут. Уменьшение времени до 18 минут приводит к недостаточному измельчению гранул, и выход частиц менее 0,25 мм составляет всего 79%, что впоследствии приводит к осаждению крупных частиц в трубопроводе под действием силы тяжести. Увеличение времени измельчения до 27 минут не приводит к повышению выхода частиц размером менее 0,25 мм.

ПРИМЕР 1.

Берут 1 кг исходной водоугольной суспензии концентрацией 15% (мас.), зольностью A^d=14,5% и сернистостью A^d=0,58% и перемешивают 1-2 минуты. Затем добавляют 15% (мас.) мазута от массы угля и перемешивают в течение 5-8 минут со скоростью n=1000 об/мин. При этом образуются углемазутные гранулы размером 2-3 мм, которые отделяют на сите. Зольность полученных УМГ составляет 4,8%. Зольность отходов 84,5%.

Полученные углемазутные гранулы поступают в шаровую мельницу, куда добавляется вода из расчета получения 60% суспензии и гумат натрия в количестве 1% (мас.) от массы гранул. В шаровой мельнице в течение 20 минут гранулы измельчают до размера 0,25 мм и получают водоугольное топливо вязкостью 0,6 Па·с, устойчивое в течение 30 суток. По истечении 30 суток ВУТ начинает терять свою стабильность. Если данную суспензию вновь интенсивно перемешать, то она снова будет сохранять устойчивость в течение 30 суток, т.е. данная система тиксотропна и обладает "памятью студня".

Примеры на предельные и запредельные значения для стадии обогащения угля сведены в табл.1, для стадии получения ВУТ представлены в табл.2.

Способ получения водоугольного топлива и его состав

Способ получения водоугольного топлива и его состав

1. Способ получения устойчивого водоугольного топлива, включающий стабилизацию водоугольной суспензии, отличающийся тем, что водоугольную суспензию концентрацией 15-60 мас.% перемешивают в течение 1-2 мин, затем добавляют мазут в количестве 14-15% от массы угля и вновь перемешивают в течение 5-8 мин со скоростью 1000-1500 об/мин, полученные углемазутные гранулы размером 2-3 мм отделяют на сите от воды и пустой породы и измельчают мокрым способом в шаровой мельнице с добавлением гумата натрия в количестве 1-2 мас.% по отношению к углемазутным гранулам в течение 20-25 мин.

2. Водоугольное топливо, содержащее уголь, гумат и воду, отличающееся тем, что в качестве угля используют предварительно обогащенные угольные шламы, в качестве гумата используют гумат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углемазутные гранулы	60-64
Гумат натрия	0,6-1,28
Вода	Остальное