Композиционное топливо из отходов угольных обогатительных фабрик

 

Изобретение относится к области производства углесодержащего топлива и может быть использовано при изготовлении брикетов (гранул) для топочных агрегатов малой и средней энергетики. Топливо содержит угольные отходы и связующее - аргиллит при следующем соотношении компонентов: 90-95% углесодержащих отходов обогащения угля, 5-10% аргиллита. Полученное топливо дешево за счет использования только отходов обогатительных фабрик, влагостойкое, обладает высокой плотностью и экономичное при изготовлении. При сгорании не происходит шлакообразования, полученная зола пригодна в качестве минерального удобрения.

Изобретение относится к области утлесодержащего топлива, в частности к композиционному топливу, образованному из техногенных отходов угольной промышленности.

Указанный вид топлива предназначен для бытовых топок, топок железнодорожных вагонов, котельных коммунально-бытового назначения, относящихся к малой и средней теплоэнергетике.

Композиционное топливо, как правило, представляет собой продукт в виде гранул, брикетов правильной геометрической формы (цилиндрической, сферической, прямоугольной), полученный путем силового воздействия (формования, прессования) смеси исходных компонентов, прошедших предварительную подготовку.

К основным параметрам, характеризующим качество композиционного топлива, относятся: - теплота сгорания; - влажность; - зольность; - плотность; - прочность на сжатие; - крошимость; - фракционный состав; - влагопоглощаемость; - содержание токсичных компонентов.

Отличительным свойством композиционного топлива от природного является гарантируемый однородный фракционный состав, что обеспечивает устойчивый, требуемый режим работы топочных агрегатов.

Технология производства композиционного топлива обеспечивает возможность регулирования требуемых значений параметров путем изменения процентного соотношения используемых композиций.

Существующие технологии предусматривают специальную подготовку используемых компонентов по обеспечению оптимальной, гарантированной низкой влажности.

При производстве методом прессования повышенная влажность компонентов, а также слабое адгезионное взаимодействие используемых композиций приводит к снижению прочностных характеристик композиционного топлива в процессе хранения.

Известен топливный брикет, включающий измельченный уголь, измельченный торф и нитрат целлюлозы при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Уголь бурый - 27,5-32,5
Торф - 27,5-32,5
Нитрат целлюлозы - Остальное, до 100% массы брикета
При указанном составе компонентов достигаются высокая теплота сгорания и прочность, малая зольность при большом времени сгорания, необходимом для достижения большей эффективности использования топливных брикетов (см. патент РФ 2091446 с приоритетом от 22.04.1994 г..)
Недостатками указанного брикета являются:
- использование в качестве связующего нитрата целлюлозы, являющегося покупным, привозным компонентом, содержащим сернистые соединения, повышающие в брикете содержание токсичных веществ,
- использование обогащенного угля,
- малое процентное содержание угля.

Совокупность указанных недостатков приводит к значительному удорожанию композиционного топлива и снижению теплоты сгорания.

Известен также топливный брикет, содержащий компоненты в следующем соотношении, мас.%:
Торф - 10-20
Древесные опилки - 5-10
Органическое связующее - 2-10
Каменный уголь - Все остальное
Особенностью указанного брикета является использование в качестве органического связующего отходов целлюлозно-бумажной и нефтеперерабатывающей промышленности (например, сульфитно-спиртовая барда, лигнин, волокнистые остатки целлюлозы, отходы мазута, битума и т.п.), а также наличие в брикете сквозных отверстий различного диаметра (см. патент РФ 2119532 с приоритетом от 20.07.1994 г.).

В составе указанного брикета содержание каменного угля больше - от 55 до 80%, причем могут применяться угольные отходы (в том числе и высокозольные в виде шламов, штыбов и некачественных углей с размерами измельчения до 3 мм).

Однако наличие дополнительных компонентов в виде древесных опилок и окислителя (соль азотной кислоты), а также необходимость термической обработки брикета при температуре 350-500^oС в течение 1,0-3,0 часов, усложняют технологический процесс и приводят к удорожанию конечной продукции.

Указанное технологическое решение, как наиболее близкий аналог, может быть принято в качестве прототипа.

Задачами, на решение которых направлено предлагаемое техническое решение, являются:
1. Возможность создания композиционных видов топлив на основе использования в качестве связующего материала - аргиллита, природного минерала, выделяемого при обогащении угля в техногенные отходы.

2. Возможность развития производства композиционных, экологически чистых, высококачественных видов топлив с требуемыми параметрами из различных видов техногенных отходов в промышленных масштабах как альтернативных видов топлива.

3. Рациональная утилизация отходов обогатительных фабрик угледобывающей отрасли промышленности (пыли с циклонов, шламов, отсевов, аргиллита и др.).

4. Повышение рентабельности работы угледобывающих предприятий в рамках повсеместной реструктуризации отрасли путем создания новых производств на основе наукоемких, экологически чистых технологий для обеспечения занятости населения шахтерских городов в связи с закрытием ряда шахт.

5. Решение региональных проблем в топливо-энергетическом комплексе путем развития производства композиционного топлива на основе местных техногенных отходов в контексте с решением экономических, социальных проблем и обеспечением экологической безопасности.

В настоящее время на территориях обогатительных фабрик угольной промышленности имеется огромное количество углесодержащих отходов в виде угольной пыли с циклонов, шламов из отстойников после флотационного обогащения угля, отсевов и др.

Указанные отходы занимают огромные территории, лежат без использования, вследствие ветровой эрозии загрязняют атмосферу и близлежащие покровы земли, за что виновные предприятия платят большие штрафы.

По прогнозам Союза углепромышленников добыча угля в Российской Федерации должна резко возрасти. Так, в 2000 году было добыто 260 млн. т угля, а к 2015 году ожидается повышение добычи до 450 млн. т (см. журнал УГОЛЬ 2 за 2001 г., с. 19).

Необходимость развития угледобычи обуславливается и складывающимся на мировом рынке балансом цен на нефть, нефтепродукты, газ с учетом разведанных месторождений.

Сегодня продавать газ и нефть на внешнем рынке гораздо выгоднее, чем на внутреннем. По оценкам зарубежных и российских специалистов, известных мировых запасов нефти и газа при нынешних темпах добычи хватит максимум на 50 лет, угля хватит на 500 лет.

Поэтому, буквально через 10-15 лет, когда человечество вплотную столкнется с нехваткой газа и нефти (а следовательно, и небывалым взлетом цен на них), самым дешевым видом топлива станет уголь.

Увеличение добычи угля приведет соответственно к увеличению отходов, поэтому утилизация углесодержащих отходов обогащения станет еще более актуальной.

Согласно предлагаемому в заявке изобретению поставленные задачи решаются новым составом композиционного топлива, определенного только на техногенных отходах обогатительных фабрик.

Состав предлагаемого композиционного топлива предполагает следующие соотношения, мас.%:
Углесодержащие отходы обогащения угля - 90-95
Аргиллит - 5-10
Аргиллит - камнеподобная глинистая порода, образовавшаяся в результате уплотнения, дегидратации и цементации глин.

По минералогическому и химическому составу аргиллиты очень сходны с глинами, но отличаются большей твердостью и неспособностью размокать в воде. Сложены в основном глинистыми минералами с примесью частиц кварца, слюды, полевых шпатов. Подобно глинам образуют огромные пласты или плитчатые разновидности и сопутствуют залежам угля, образуя с углем или пустой породой на границе угольных пластов механические соединения.

Последнее обстоятельство способствует тому, что аргиллит извлекается из недр вместе с углем, особенно при открытом способе добычи, и отделяется от угля при его обогащении, т.е. аргиллит также является отходом угольной отрасли.

Изготовление композиционного топлива производят следующим образом (поэтапно):
1. Подготовка исходных материалов.

1.1 Исходные материалы (пыль с циклонов, шлам, отсев, аргиллит) после обогащения угля, как правило, имеют мелкодисперсную фракцию и, по сути, не требуют специальной подготовки.

Но в процессе длительного хранения возможно попадание инородных включений, поэтому подготовка исходных материалов заключается в просеивании через сито с ячейкой не более 3 мм и накоплением в бункерах для обеспечения непрерывного производственного цикла работы.

1.2 Подготовка исходных материалов по влажности не требуется, т.к. процесс формования происходит при влажности смеси 20-25%.

2. Подготовка смеси к формованию.

2.1 Измеряют влажность каждого из компонентов.

2.2 Дозируют компоненты, исходя из требуемого соотношения по массе сухого вещества, и подают в смеситель.

2.3 Производят расчет необходимого количества воды для обеспечения суммарной влажности 20-25%.

2.4 Добавляют необходимое количество воды и производят смешивание в смесителе лопатчатого типа в течение 10-15 минут, после чего подготовленную массу подают в формователь.

2.5 Процесс подготовки смеси может осуществляться как в циклическом, так и в непрерывном режиме в зависимости от типа используемого смесителя.

3. Формование и сушка.

3.1 Формование производят в непрерывном цикле.

3.2 Геометрические размеры формованных цилиндрических гранул определяются установленной фильерой и режимом работы обрезного устройства.

3.3 Сформованные гранулы топлива поступают в сушилку, где подвергаются сушке при температуре +50^oС в течение 3-х часов.

3.4 После сушки гранулы подвергаются режиму стабилизации параметров, т. е. выдерживают в течение 24 часов при нормальной температуре (20-25^oС) с интенсивной циркуляцией воздуха.

Выдержка в нормальных условиях обеспечивает снятие градиентов внутренних напряжений, стабилизацию геометрических размеров и механических параметров.

4. Контроль, фасовка, отгрузка.

4.1 С помощью вибросита отделяют образовавшуюся в процессе цеховой транспортировки влажных гранул мелкую фракцию (крошки, сколы), которую направляют на повторную переработку.

4.2 Отсортированные гранулы контролируют по влажности (допустимо не долее 7-10%), фасуют по 30-50 кг.

Поставка топлива в расфасованном виде предусмотрена по следующим причинам:
- необходимостью обеспечения гарантированной влажности в течение длительного времени хранения, транспортирования продукции при различных атмосферных условиях,
- необходимостью снижения механических воздействий в процессе погрузок, разгрузок, транспортирования,
- необходимостью обеспечения современного сервиса для потребителя при использовании продукции, в том числе и при хранении.

4.3 Складирование продукции производится на поддонах для обеспечения возможности механизированной погрузки в железнодорожные вагоны и автотранспорт.

Полученное таким образом композиционное топливо предложенного состава имеет следующие преимущества:
1. Дешевизна, т.к. оба компонента являются отходами производства углеобогащения, находятся практически на одной территории и для их доставки на место производства топлива требуются минимальные транспортные затраты.

2. Применение аргиллита в качестве связующего материала обеспечивает пластичность смеси и возможность создания топлива требуемой фракции по предложенному изобретению методом формования влажной массы, т.е. по наиболее дешевой и энергосберегающей технологии.

3. Наличие аргиллита в составе топлива по предложенному изобретению обеспечивает достаточно высокую плотность, прочность и влагоустойчивость сформованной фракции в сопоставлении с обогащенным углем.

4. По теплоте сгорания, зольности, содержанию токсичных веществ топливо по предложенному изобретению находится на уровне показателей для обогащенного угля того же месторождения, из которого взяты отходы.

5. При сжигании топлива по предложенному изобретению не происходит шлакообразования, поэтому полученная зола может использоваться в качестве минерального удобрения в сельском хозяйстве без дополнительной переработки.

Формула изобретения

Композиционное топливо из отходов угольных обогатительных фабрик, содержащее углесодержащие отходы и связующее, отличающееся тем, что в качестве связующего содержит аргиллит-минерал, сопутствующий залежам угля, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углесодержащие отходы обогащения угля 90-95

Аргиллит 5-10