Автотермическая переработка углей методом частичной газификации в слое с пульсирующим дутьем

Введение……………………………………………………………………. 5

Глава 1. Обзор существующих методов термической переработки
угля…………………………………………………………………………. 11

1.1 Перспективность термической переработки углей низкой
степени метаморфизма……………………………………………… 11

1.2 Газификация угля………………………………………..……… 13

1.3 Производство облагороженного твердого топлива…………… 15

1.4 Зарубежный опыт полукоксования углей……………………… 17

1.4.1 Процесс ENCOAL………………………………………… 18

1.4.2 Печи Лурги для полукоксования………………………… 19

1.4.3 Переработка угля в печах типа SJ……………………….. 21

1.4.4 Технология LiMaxTM……………………………………… 25

1.4.5 Технология GEO-COAL………………………………….. 28

1.4.6 Технология сушки и брикетирования угля без
связующего BCB………………………………………………… 30

1.5 Отечественные технологии полукоксования…………………. 32

1.5.1 Разработка Энергетического института (ЭНИН)……… 32

1.5.2 Полукоксование на цепных колосниковых решѐтках…. 35

1.5.3 Полукоксование в туннельных печах…………………… 36

1.5.4 Получение кусковых углеродистых восстановителей в
печах вертикального типа……………………………………… 37
1.6 Технологии серии ТЕРМОКОКС ……………………………… 38

1.6.1 Технология частичной газификации угля в кипящем
слое (ТЕРМОКОКС-КС) ……………………………………… 39
1.6.2 Технология частичной газификации угля в слоевых
аппаратах (ТЕРМОКОКС-С)…………………………………… 41

1.7 Теоретическая база исследований в области карбонизации
угля…………………………………………………………………… 46

1.8 Основные выводы и постановка задач исследования………… 52

Глава 2. Экспериментальное исследование взаимосвязи тепловых
параметров процесса карбонизации с прочностными
характеристиками полукокса…………………………………………… 54

2.1 Постановка задач экспериментального исследования……….. 54

2.2 Методика проведения экспериментов и описание
экспериментальной установки……………………………………… 55

2.3 Исследование процесса сушки одиночных образцов угля…… 58

2.4 Исследование процесса карбонизации одиночных образцов
углей 3Б (разрез Большесырский) и Д (разрез Моховский)……… 65

2.5 Исследование процесса карбонизации углей других марок … 71

2.6 Обсуждение результатов исследований и основные выводы… 72

Глава 3. Исследование частичной газификации угля в слоевом
аппарате с пульсирующим обращѐнным дутьѐм……………………. 75
3.1 Постановка задач экспериментального исследования ……… 75

3.2 Поисковые эксперименты и обоснование необходимости
применения пульсирующего дутья………………………………… 78
3.3 Термическая переработка угля 3Б (разрез Большесырский)… 79

3.4 Термическая переработка угля марки Д (разрез Моховский).. 83

3.5 Термическая переработка угля марки Д (разрез Караканский) 85

3.6 Обсуждение полученных результатов………………………… 86

3.7 Краткие выводы………………………………………………… 87

Глава 4. Подготовка результатов исследования к практическому
использованию в промышленности……………………………………. 89

4.1 Постановка задач этапа…………………………………………. 89

4.2 Технические решения по аппаратурному оформлению
технологического процесса………………………………………… 89

4.3 Технологическая схема производства облагороженного
твердого топлива……………………………………………………. 94

4.4 Технические показатели производства………………………… 98

4.5 Экономические показатели производства……………………… 103

4.6 Краткие выводы…………………………………………………. 106

Заключение………………………………………………………………… 108

Список использованных источников………………………………….. 111

ПРИЛОЖЕНИЕ А: Экспериментальное оборудование…………………. 122

ПРИЛОЖЕНИЕ Б: Протоколы испытаний………………………………. 130

ПРИЛОЖЕНИЕ В: Технологический регламент………………………… 135

ПРИЛОЖЕНИЕ Г: Акты внедрения…………………….………………… 161

В данной работе рассмотрены вопросы технической переработки углей с
высоким содержанием летучих веществ для получения высококалорийного
твердого топлива повышенной прочности. Такой продукт находит применение в
качестве бездымного коммунально-бытового топлива.
В результате выполненного обзора современного состояния проблемы
переработки молодых углей, была сформулирована цель и поставлены задачи
исследования для еѐ достижения. Для проведения исследования на частицах угля
создана экспериментальная установка и разработана методика проведения
экспериментов. В результате экспериментального исследования были выявлены
основные управляющие параметры процесса, критические температурные уровни
для сушки и карбонизации, была получена информация по влиянию различных
температурных уровней и скоростей нагрева на прочностные характеристики
частицы угля. По итогам экспериментов получен высококалорийный полукокс из
углей марки 3Б и Д с теплотой сгорания свыше 27,2 МДж/кг (6500 ккал/кг) с
высокими прочностными показателями, удовлетворяющими условиям хранения и
транспортировки.
На основе вышеописанных результатов обоснована конструкция установки
для переработки угольного сырья в промышленных масштабах. В качестве
основного перерабатывающего аппарата выбран слоевой газификатор с
обращенным воздушным дутьем. Предложен вариант переработки с
использованием пульсирующего режима подачи воздуха. Проведено
экспериментальное исследование в результате которого найдены режимы
переработки, обеспечивающие высокую прочность получаемого полукокса, для
углей: 3Б (разрез Большесырский, Красноярский край, ООО «Сибуголь»), Д
(разрез Моховский, Кемеровская область, ОАО «Угольная компания
Кузбассразрезуголь») и Д (разрез Караканский, Кемеровская область,
ООО «Каракан-Инвест»). Подана заявка на изобретение (заявка на пат.
2015143182 от 09.10.2015).
По итогам экспериментов на слоевом газификаторе с пульсирующим
обращенным воздушным дутьем, выполнена технико-экономическая оценка
организации углеперерабатывающего производства на территории одного из
разрезов Красноярского края.
Сформулированы основные результаты работы и выводы.
1. На основании анализа современных технологий переработки угля,
направленных на получение высококалорийного твердого топлива, определена
перспективность термической переработки углей с высоким содержанием летучих
веществ с возможностью комбинированного производства энергоносителей
исключающей стадию брикетирования конечного продукта и обеспечивающей
экологическую безопасность производства.
2. В результате экспериментальных исследований процесса нагрева
одиночных частиц бурого и длиннопламенного (каменного) углей установлены и
количественно определены основные управляющие параметры процесса
карбонизации (скорость нагрева, максимальная температура греющей среды),
изучено их влияние на показатели процесса карбонизации и прочностные
характеристики получаемого полукокса. Показано, что достаточно прочный
полукокс (прочность по ГОСТ 21289-75 не менее 8 МПа) получается при
соблюдении скорости нагрева не более 0,056 град/c.
3. Впервые обнаружен эффект «восстановления прочности» в области
температур 400–500°C. Предположительно, упрочнение происходит за счет
коксования части высокомолекулярной органики (смол), образующейся на
заключительной стадии пиролиза органической части угля.
4. На основе результатов исследований, полученных на одиночных частицах
угля, обоснована конструкция установки для нового процесса производства
полукокса. На данной установке экспериментально определены основные
технологические параметры процесса карбонизации угля: расход воздуха,
продолжительность периода подачи и останова дутья, которые обеспечивают
приемлемую для практики прочность полукокса.
5. Разработан новый технологический процесс переработки бурого и
длиннопламенного (каменного) углей в высококалорийный полукокс на основе
частичной газификации в слое с пульсирующим обращенным дутьем.
6. Разработаны технологическая схема и технологический регламент
производства, реализующие процесс автотермической переработки углей низкой
степени метаморфизма в слоевом аппарате с получением высококалорийного
бездымного топлива. Технологический регламент производства принят для
использования при проектировании углеперерабатывающих предприятий:
компанией ООО «Сибуголь» (г. Красноярск), проектным институтом
СибНИИуглеобогащение (АО «СУЭК»), ООО «СУЭК-Хакасия» (г. Черногорск).