Підготовка вугілля до використання

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 5Следующая ⇒

Рядове вугілля - не механічна суміш із кусків вугілля та породи. Як правило, таке вугілля перед відправленням споживачу піддається попередньому оброблюванню, яке полгяє в сортуванні, збагачуванні та брикетуванні.

Сортування вугілля - розподіл його на класи грохоченням (просіюванням). Залежно від розміру кусків (ДГСТ І9242-73)відрізняють 7 класів вугілля.

Таблиця 3.4 Розподіл кам’яного вугілля на групи та підгрупи в міжнародній класифікації

Гру-па	Індекс випи-нання в тиглі	Показ-ник РОГА RI	Під-група	Показник макси-мального випинання SІ	Тип коксу за Грей-Кінгом
0	0-0,5	0-5	0	Розширення немає	A
1	1-2	>5-20	1	Тільки стискання	B-D
2	2,5-4	>20-45	2	<=0	E-G
3	>4	>45	3	>5-50	G₁-G₄
			4	>50-140	G₅-G₈
			5	>140	> G₈

Продукти сортування поділяються на сортові, в яких нижня межа класу не дорівнює нулю, а відсіви - з нижньою межею класу, яка дорівнює нулю. Куски розміром менше нижньої межі, встановленої для кожного класу відсортованого палива, і розміром менше за 6 мм для рядового палива називаються дрібняком. Вугілля розміром менше за 0,5 мм належить до шламу.

Таблиця 3.5 Класифікація вугілля за розміром кусків

Клас вугілля	Умовне позначення	Розмір кусків, мм
Плитне	П	100-200 (300)
Крупне	К	50-100
Горіх	0	25-50
Дрібне	М	13-25
Сім’ячко	С	6-13
Штиб	Ш	0-6
Рядове	Р	0-200 (300)

Збагачення - обробка видобувного вугілля для підвищення масової частки в ньому горючої органічної маси шляхом видалення мінеральних домішок. Розрізняють три- та двопродуктове збагачення. У процесі трипродуктового збагачення отримують концентрат (частка горючої маси вища, ніж у вихідному матеріалі), проміжний продукт (суміш вугілля та породи, що отримується через недосконалість розподілу вихідного матеріалу) і відходи збагачення - так звані хвости, в яких частка мінеральних домішок вища, ніж у концентраті та проміжному продукті. У процесі двопродуктового збагачення проміжний продукт не отримують.

Використовуються такі методи збагачення вугілля: ручний (вибірка), гравітаційний, флотаційний, електричний, магнітний і хімічний. Ручна вибірка породи ефективна для крупних (понад 50 мм) класів і потребує великих затрат ручної праці. Гравітаційне збагачення грунтується на відмінності щільності розподільних компонентів (вугілля, зростки вугілля з породою, порода). Розподіл здійснюється у вертикальному пульсуючому потоці води і повітря або важких рідин, або суспензій. Флотація грунтується на різній змочувавості кусків вугілля і породи, оброблених на поверхні пульпи. Електричний і магнітний методи збагачення, які здійснюються відповідно в електричному та магнітному полях, грунтуються на відмінності електричних і магнітних властивостей розподільних компонентів. Хімічне збагачення грунтується на видаленні з вугілля мінеральних домішок хімічними засобами.

Брикетування - окускування крихкого бурого вугілля, дрібняку та відходів збагачення кам’яного вугілля під впливом тиску. Брикетування бурого вугілля в основному здійснюється без сполучних речовій під зусиллям 100-200 МПа: дрібняки кам’яного вугілля (антрацити, пісне з присадкою довгополуменевого, газове та іноді спікливе) – з добавкою сполучних речовин (кам’яновугільний пек, нафтові бітуми та ін.) під зусиллям до 50 МПа. Буровугільний брикет має форму паралелепіпеда із зрізаними кутами (маса 500-600г), кам’яновугільний -форму цегли (маса 1-5 кг) або форму яйця чи подушки (маса 50-300г).

Брикети з бурого вугілля Правобережної України (ДГСТ 7299-84) мають такі розміри: за довжиною І80-І90мм (поодинарні), 208-220мм (подвійні) і 250-270мм (потрійні), за шириною 60-75мм; за висотою 45-50мм. Вони виготовляються з палива із зольністю А^d не більше 25%, вологістю W^r_tне більше 21%, механічною міцністю в процесі стирання в барабані не менше 77,5%, сірчистістю S^d_t не вище 4,2% і питомою теплотою згоряння Q^daf_s не нижче 29,3 МДж/кг.

Із донецьких антрацитів (ДГСТ 5544-73) виготовляються брикети подушкоподібної форми довжиною (по хорді) 55-65мм, шириною 50-65мм і висотою 28-40мм; у цьому разі використовується паливо з питомою теплотою згоряння Q^r_t не нижче 26,7 МДж/кг і Q^daf_s = 32,2 МДж/кг, вологістю W^r_t не більше 6%, механічною міцністю при випробуванні скиданням не менше 86%, сірчистістю S^d_tне більше 2%, виходом летючих речовин V^daf не більше 17%,і водопоглинанням не більше 4%.

3.1.Види промислового використання вугілля

У народному господарстві вугілля використовується в енергетиці, у процесі виготовлення будівельних матеріалів (цегла, вапно, цемент). У табл.3.6 наведені дані про використання твердого палива (згідно з державним стандартом) за різними вугільними басейнами та районами колишнього СРСР. Крім того, вугілля Донбасу застосовується в газогенераторах, для отримання термоантрациту, карбіду кальцію, електрокорунду і в процесі агломерації руд, Кузбасу - у процесі спалювання у відбивних печах, топках енергопоїздів, у процесі непівкоксування, у газогенераторах, за отримання активного вугілля, Печорського басейна - для спалювання в топках поїздів, Правобережної Україні - для отримання вуглелужних реагентів, Східного Сибіру - для напівкоксування.

Переважна частина (70-80%) видобувного в країні вугілля використовується в енергетичних цілях, тобто для парового спалювання, спалювання в пиловидному стані у відбивних печах, спалювання в топках суден і паровозів, енергопоїздів, для комунальних і побутових потреб.

Таблиця 3.6. Види використання вугілля в народному господарстві

Вугільні басейни та райони	Пиловидне спалювання	Шарове спалювання	Комунальні потреби	Побутові потреби	Спалювання в топках паровозів	Коксування	Виготовлення будівельних матеріалів
Вугільні басейни та райони	Пиловидне спалювання	Шарове спалювання	Комунальні потреби	Побутові потреби	Спалювання в топках паровозів	Коксування	Цегла	Вапно	Цемент
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Львівсько-Волинський	+	+		+			+
Право-бережжя України			+	+			+
Донецький	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Підмосковний	+	+		+	+		+
Печорський	+	+	+	+	+	+			+
Кавказ	+	+		+		+		+	+
Башкірія		+
Кизеловський	+	+		+	+	+	+
Урал	+	+		+	+		+
Карагандинський	+	+		+	+	+	+	+	+
Екибастузьский	+
Середня Азія	+	+		+			+	+	+
Кузнецький	+	+		+	+	+	+	+	+
Кансько-Ачинський	+	+		+	+		+
Східний Сибір	+	+		+	+		+	+	+
Північно-Схід	+	+		+
Далекій Схід	+	+		+	+		+	+	+
Сахалін	+	+		+	+		+		+

Шарове спалювання здійснюється в парових топках з ручною та механічною подачею кускового палива, використовується в котлоагрегатах малої потужності.

Пиловидне спалювання здійснюється у факельних топках, якими обладнані котлоагрегати високої та середньої потужності. Паліво попередньо розмелюється до пиловидного стану, газоповітрянім потоком транспортується по топковому об'єму та згоряє на льоту. У відбивних печах теплопередача здійснюється "відбиттям" теплоти від факелу палива, що горить, і нагрітого склепіння до матеріалу, який нагрівається. У таких печах виплавляють сталь, кольорові метали, варять скло.

Факельно-шарові топки, які є сполученням двох типів, застосовуються в котлоагрегатах малої та середньої потужності. У них паливо спалюється в факелі та допалюється у "киплячому парі" (повітря, що вдувається знизу, забезпечує можливість спалювання у зваженому стані вугільних уламків без попереднього розмелювання).

Для шарового та пиловидного спалювання застосовується вугілля практично всіх басейнів країни (див. табл.3.6). Для шарового спалювання постачаються донецьке (ГОСТ 8136-86) незбагачене та збагачене вугілля марок Г, ГЖ, Ж і Т, що не використовується для коксування, а також вугілля марок Д і А класу Р із зольністю A^d до 30%, вологістю W^r_t не більше 16%і теплотою згоряння Q^r_t не нижче 20,2 МДж/кг. Для пиловидного спалювання призначається донецьке (ДГСТ 8184-70) збагачене вугілля марок Г, Ж, К і ОС, що не використовується для коксування, а також вугілля марок Д, Т і А, проміжний продукт і шлам збагачувальних фабрик із зольністю А^d до 45% і вологістю W^r_t не більш 18%.

Для плавки мідних концентратів і спікання глиноземних шихт у відбивних печах використовується кузнецьке вугілля (ДГСТ 6583-77) марок Г і СС класів Ш, СШ, МСШ і Р із зольністю А^d до 18,5%, вологістю W^r_t не більш 11,5% і виходом летючих V ^o не менше 37%.

Для паровозів використовується вугілля багатьох басейнів і родовищ (див. табл.3.6.). Для цього Донбасі призначається вугілля марок Д, Г, Т і А класів С, М, О, К, що не використуються для коксування, із зольністю А^d до 25%, вологістю W^r_t не більш І5,5% і температурою плавкості золи t_c не менше 1200°С.

Комунальні потребі задовольняються донецьким вугіллям такої самої якості, як і для парового спалювання (ДГСТ 8І83-66).

У Донбасі для побутових потреб призначається вугілля марок Г і ГЖ, а також Д, Т і А класів С, М, О, К і П, що не використовується для коксування, із зольністю А^d до 20% вологістю W^r_t не більше 14% і теплотою згоряння Q^r_t не менше 22 МДж/кг (ДГСТ 8186-87).

На технологічні цілі витрачається до 20% видобувного вугілля. Технологічне використання палива складається з піролізу (коксування та напівкоксування), газифікації (перетворення вугілля в горючі гази), гідрогенізації (перетворення вугілля в нові газовільні, рідкі та тверді горючі продукти), виробництва вуглецевого заповнювача (термоантрациту), карбіду кремнію, елехтрокорунду та ін.

Піроліз - розміщення крупних молекул і вторинні перетворення продуктів розщеплення (конденсація, ароматизація газу) нагріванням палива в закритих реакторах без доступу повітря. Високотемпературний піроліз називається коксуванням, низькотемпературний - напівкоксуванням.

Коксування - метод переробки кам’яного вугілля певного складу й ступеня вуглефікації нагріванням до температури 900-1060°С без доступу повітря. Подрібнене вугілля переходить спочатку в мастичний стан, а потім після відганяння летючих речовин перетворюється в твердий пористий нелетючий залишок (кокс). У процесі коксування з вугілля чи шихти (суміш вугілля різних марок) у середньому отримується 65-80% коксу, 2,5-3,5% кам’яновугільної смоли, 1,0-1,1% бензолу, 1,0-1,2%сульфату амонію, І5-І8% коксового газу (з 1 т вугілля - 300-350м³ газу). Кокс - тверда пориста (пористість ~ 50%) речовина з малим виходом летючих і високою питомою теплотою згоряння.

Основні показники якості коксу - ситовий склад (розмір кусків і рівномірність крутості), механічна міцність, вихід летючих, зольність, масова частка сірки та фосфору. За розміром кусків кокс поділяється так: понад 28мм - металургійний (доменний і ливарний); 15-25мм - горішок (коксик); до 15мм - дрібняк. Горішок і дрібняк використовуються в процесі агломерації руд і як високосортне енергетичне паливо.

У коксовому газі після конденсації кам’яновугільної смоли, бензольних вуглеводів, води й абсорбції аміаку об'емна частка водню становить 54-59%; метану - 23-28%; оксиду вуглецю (II) - 5-7% та ін. Коксовий газ застосовується як паливо для обігрівання доменних і коксових батарей, а також як хімічна сировина після розподілу на водневу, метанову та інші фракції. Кам’яновугільна смола містить до 1000 індивідуальних хімічних сполук і є складною сумішшю ароматичних речовин (бензол, толуол, ксилол, нафталін, фенол та ін.), з яких отримують медикаменти, вибухові матеріали, пластмаси тощо. Бензол - складна суміш парів легких ароматичних вуглеводнів, використовується у разі отримання ацетону, фенолу, хлорбензолу, аніліну та інших численних хімічних продуктів.

Для коксування призначається донецьке вугілля (ДГСТ 537-85) марок Г, ГЖ, Ж, К, ТС, Т і А різних класів із зольністю A^d до 36%, сірчистістю S^d_t не більше 4,5%, вологістю W^r_t не більше І2%, виходом летючих V^daf від 22 до 42% і товщиною пластичного шару Y не менше 6мм.

Напівкоксування - метод переробки низькосортного твердого палива (кам’яне та буре вугілля, сланці) нагріванням без доступу повітря до температури 500-650°С. Продукти напівкоксуваня називаються первинними на відміну від вторичних продуктів процесу коксування. У процесі напівкоксування залежно від складу вихідного палива отримують 55-74% напівкоксу, 10-23% смоли, 6-19% газу (з 1 т вугілля - 42-165м³ газу), 2,5-10% пірогенетичної води та ін.

Напівкокс - слабоспікливий крихкий продукт, який містить до 10% летючих речовин, застосовується як енергетичне паливо та як складова частина шихти для коксування. Об’ємні частки компонентів газу, %:оксид вуглецю (IV) - 13-42; граничні вуглеводні - 15-20; ненасичені вуглеводні - 7-6; оксид вуглецю (II) - 8-12; водень - 15-19 та ін. Газ має високу об’ємну теплоту згоряння, є сировиною для хімічної промисловості. Масові частки компонентів смоли, %: граничні вуглеводні -0-27, феноли - 8-20, карболові кислоти - 1-2. Їз смоли отримують моторне паливо, розчинники та органічні мономіри. Пірогенетична підсмольна вода містить аміак, ціанисті сполуки, ацетон, уксусну кислоту та газ (метан до 50%, водень 10-20% та оксид вуглецю (ІV)). Для напівкоксування використовується вугілля Кузбасу та Східного Сибіру. Кузнецьке вугілля має задовольняти таким вимогам: марка Д, клас О, ОК і К, зольність А^d до 5,5%, вологість W^r_t не більше 9%, середня питома теплота згоряння Q^r_t =27,8 МДж/кг.

Газифікація - перетворення органічної маси твердого палива в газогенераторі у генераторні гази. Цьому процесу можуть піддаватись будь-які види твердого палива - низькосортне вугілля, торф, горючі сланці, напівкокс та ін. Твердий залишок - це зола. Залежно від виду дуття отримують генераторний газ певного складу. Дуття повітрям дає повітряний газ (60% азоту, 30% оксиду вуглецю (II) та ін.) з об’ємною теплотою згоряння 4950 МДж/м³, водяною парою - водяний газ (50% водню, 36% оксиду вуглецю (II) та ін.) з об’ємною теплотою згоряння 10000 КДж/м³, повітрям і водяною парою - змішаний, або генераторний, газ (48% азоту, 30% оксиду вуглецю (II), 16% водню та ін.) з об’ємною теплотою згоряння 6300 кДж/м³, водяною парою та киснем -парокисневий газ (60% оксиду вуглецю (II), 31% водню) з теплотою згоряння 9850 кДк/м³. Один із перспективних напрямків у розвитку газифікації - створення потужного газогенератора для парової газифікації вугілля із зовнішнім джерелом теплоти (атомний реактор, спалювання палива в окремому апараті). Для газогенераторів стандартного типу використовуються донецьке збагачене кам’яне вугілля та антрацити (ГОСТ 3846-78) марок Г, ГЖО, Д і А із зольністю A^d до 8,5%, вологістю W^r_t не більше 7%, сірчистістю S^d_t не вище 3% і температурою плавкості золи t_cне менше 1250ºС.

Уперше в світі процес підземної газифікації вугільного пласта було здійснено в Горлівці (Донбас). Отриманий газ мав такий склад, %: оксид вуглецю (IV) - 9-11; оксид вуглецю (II) - 15-19; водень - 14-17; метан - 1,4-1,5; азот - 53-55. Об’ємна теплота згоряння досягала 1000 ккал/м³ (4,2 МДж/м³). У наш час у країні працюють Південно-Абаканська (Кансько-Ачинський басейн) та Ангренська (Західний вугленосний басейн Середньої Азії) станції підземної газифікації. За рубежем чинні підземні газогенератори є в США, Великобританії та Чехо-Словаччині. Намічаються програми досліджень процесу підземної газифікації в Канаді, Бельгії та Німеччині. Недоліки цього способу - низька об’ємна теплота згоряння (3000-4000 кДж/м³) отримуваного газу та високі (до 20%) втрати вугілля в надрах. Підвищення теплоти згоряння газу можна досягти застосуванням парокисневого та кисневого дуття під тиском понад 25 Па і вдосконалюванням систем підземної газифікації.

Гідрогенізація полягає в руйнуванні внутрішньомолекулярних і міжмолекулярних зв’язків в органічній масі твердого палива (буре та низькометаморфізоване кам’яне вугілля марок Д, ДГ, Г, ГЖ, горючі сланці та ін.) у разі дій на нього водню під високим тиском (20-30 МПа) за умов підвищених температур (380-550ºС) і наявності каталізаторів з метою отримання горючо-мастильних матеріалів і газів. За температури 500-700°С і тиску водню 3,5-5 МПа залишковим продуктом буде метан і процес називається гідрогазифікацією вугілля. Викопне паливо, призначене для гідрогенізації, має бути малозольним і малосірчистим з часткою вуглецю не більше 85%, водню - не менше 4,5%.

Термоантрацит отримують термообробкою антрациту за температури І200-І400°С, у результаті чого суттєво збільшується механічна міцність та електрична провідність. Він використовується в ливарному виробництві і як основний наповнювач у процесі виготовлення електродів, вуглецевих блоків для доменних печей і футерувальних матеріалів в алюмінієвій і хімічній промисловості. Для отримання ливарного термоантрациту використовується донецький антрацит (ДГСТ 10943-65) з розміром кусків 70-120мм, зольністю A^d до 5%, сірчистістю S^d_t не більше І,2%, вологістю W^r_t не більше 6%, механічною міцністю не менше 42%,термічною стійкістю не менше 75%. Для отримання вуглецевого наповнювача (електродний термоантрацит) застосовується донецький антрацитовий концентрат (ДГСТ 9601-75) з розміром кусків 25-70 мм, 25-120 мм і 70-120 мм і зольністю A^d не більше 5%, вологістю W^r_t не більше 5,5-6% (залежно від категорії якості), сірчистістю S^d_t не більше І,9-2%, термічною стійкістю 63-66% і механічною міцністю 32-40%.

Карбід кальцію виготовляється з донецького антрациту (ДГСТ 5288-65) класів М, О і МО із зольністю A^d не більше 6,3%, сірчистістю S^d_t не більше І,2%, масовою часткою фосфору P^d не більше 0,05%, виходом летючих W^r_t не більше 4% і вологістю W^r_t не більше 6%.

Для виробництва електрокорунду призначається донецький антрацит (ДГСТ 3253-85) класів О, М, О і МО із зольністю A^d не більше 6,3%, сірчистістю S^d_t не більше 1,4%, масовою часткою оксиду кальцію не більше 0,4% і вологістю W^r_t не більше 6%.

У промисловості будівельних матеріалів у процесі виготовлення вапняку, цементу та цегли використовують малодефіцитне низькосортне вугілля.

Для вапнякових печей (шахтні пересипні печі та печі з виносними газовими топками) використовуються донецьке збагачене вугілля марок А, Г, ГЖО і Д (ДГСТ 8І86-60) класів М, О, МО, К і ОК із зольністю A^d не більше 15% і вологістю W^r_t не більше 10%.

Для цементних печей (обертові печі, шахтно-пересипні печі, шахтні печі) застосовується донецьке збагачене вугілля (ДГСТ 8І67-80) марок Д, Г, Т і А, а також вугілля, що не використовується для коксування, марки Ж класів Ш, С, М, СШ, МСШ і МСШК із зольністю A^d не більше 15% і вологістю W^r_t не більше 12,5%.

Випалювання цегли у кільцевих і тунельних печах здійснюється донецьким вугіллям (ГОСТ 8І85-80) марок Д, Г, ГЖ, ГЖО, Т і А класів Ш, С, М, О, К, СШ, МСШ, КО та О із зольністю A^d не більше 37,5%, вологістю W^r_t не більше 10% та питомою теплотою згоряння Q^r_t від 18,6 до 29,4 МДж/кг.

Викопне вугілля також використовується у процесі виробництва вуглецевих адсорбентів, активного вугілля, вуглелужних реагентів, термографіту, у процесі агломерації руд і як виробний камінь.

Активне (активоване) вугілля- пориста речовина, що має високі адсорбційні властивості та гідрофобність, призначається для поглинання паровою поверхнею газів, парів і розчинених речовин. Для його виробництва використовують кузнецьке вугілля (ДГСТ І0355-86) марок Т і СС класів КП і ОКП із зольністю A^d не більше 6%, вологістю W^r_t не більше 10%, сірчистістю S^dt не більше 0,5%, виходом летючих V^daf не більше 22% та питомої теплоти згоряння Q^r_t не менше 27,6 МДж/кг.

Порошкоподібні вуглелужні реагенти застосовуються у процесі буріння свердловин для підвищення якості бурового глинистого розчину, виготовляються з бурого та окисленого кам’яного вугілля. Буре вугілля Правобережної України (ДГСТ 11574-88), яке для цього використовується, марки БІ класу Р характеризується зольністю A^d не більше 25-28%, вологістю W^r_t не більше 58% і виходом гуминових кислот (HA)^d_tне менше 50%.

Термографіт отримують у процесі тривалої термообробки антрациту за температури понад 2500°С і використовують в основному для виробництва мастильних матеріалів.

Агломерація руд - термічне окускування дрібних руд і концентратів шляхом їх спікання. Вихідним продуктом є шихта, яка містить крім руд і концентратів коксовій дрібняк (до 3мм), антрацитовий штиб (до 3мм), пісне вугілля (до 3мм), вапняк і поворот (бракований дрібний агломерат). Донецький антрацитовий тяб (ДГСТ І0566-83) повинен мати зольність A^d не більше 15%, вологість W^r_t не більше 9% і сірчистість S^d_t не більше 2%.

Стійке до вивітрювання, в’язке та міцне, яке добре приймав полірування, вугілля використовується як виробний матеріал (для виготовлення художніх виробів, скульптури), а також як облицьовувальні плити. Таке вугілля відоме в Східному Сибіру, Китаї та В’етнамі.

Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 257; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 5 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!