Способ получения бездымного твердоготоплива из угля, преимущественно избурого угля

 

Союз Советских

Социалистических республик

О П И С А Н И Е <">827533

ИЗОБРЕТЕНИЯ

X АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 11.03.79 (21) 2735278/23-26 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано О?.05.81. Бюллетень ¹ 17 . (45) Дата опубликования описания 03.08.81 (51) М.Кл.з С 1О L 9/08

Государственный комитет ло делам изобретений н открытий (53) УДК 662.8 (088.8) t

1 (72) Авторы изобретения (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЗДЫМНОГО ТВЕРДОГО

ТОПЛИВА ИЗ УГЛЯ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ИЗ

БУРОГО УГЛЯ

Изобретение относится к области безотходной комплексной переработки углей с тюлучвнием высокотемпературного газообразного теплоносителя с низким содержанием золы и породы и твердого бездымного топлива.

Известен способ получения бездымного твердого топлива из бурого угля, включающий разделение угля на крупную и мелкую фракции, обезвоокивание крупной фракции угля путем ее напрева под давлением в автоклаве, термообработку ее в камерной печи при 400 — 900 С, мокрое тушение полученных остатков от угля, брикетирование переизмельченных остатков со свя- 15 зующим и коксование полученных брикетов f 1).

К недостаткам известного способа относят низкую производительность, выходы побочных продуктов, дефицитность связую- 20 щего.

Целью изобретения является повышение производительности, получение высокотемпературного газообразного теплоносителя с низким содержанием золы и породы, à 25 также увеличение выхода крупнокускового и зернистого топлива.

Цель достигают термообработкой крупной фракции угля во вращающемся барабане при сжиганиями отделяющихся летучих З0 веществ с введением кислородсодержащих газов в количестве недостаточном для их полного сжигания .и получением высокотемпературного газообразного теплоносителя и горячего бездымного топлива, охлаждением перед мокрым туитением бездымного твердого топлива путем контакта с мелкой фракцией угля, затем разделением полученной смеси на охлажденное бездымное топливо и,нагретые до 400 — 800 С переизмельченные твердые остатки, которые направляют на сжигание. Выходы крупнокускового и зернистого топлива повышают пропиткой жидким топливом н смолой пиролиза перед термообработиой крупной и мелкой фракций угля.

На чертеже изображена схема установки для осуществления способа.

Установка содержит дробилку,1 крупного измельчения, грохоты 2, автоклавную установку 3, грохоты 4, пропиточную ванну 6, печь 6, вьополненную в виде вращающегося барабана, печь-бункер 7, трубу 8 для ввода мелкого угля, пропиточную ванну- 9, емкость 10, грохот 11, емкость 12, сортировку 18, емкость И, двухзонную топку 15, сепаратор 16 для выделения из паротазовых продуктов смоля аиролиза.

В зависимости от гребующихся выходов и теплосодержания газообразного высоко827533 температурного теплоносителя осуществляют посредством дробилки 1 «рупного,измельчения первичную подготовку исходного, например рядового угля до зада иной крупности. например 0 — 150 мм. При этом изменяют вврхний предел крупности дробленого угля в широком интервале, например от 25 до 200 мль

На грохоте 2 дробленый уголь,и породу разделяют на два,класса, например .на классы 0 — 6 мм и 6 — 200 л л. Изменением выходов угля этих классов регулируют выходы целевых продуктов переработки.

На автоклавной установке 8 в результате нагревания до 170 — 225 С бурого угля зернистого и кускового состава кру>пности, >например класса 6 — 200 мм, непосредственно водяным насыщенным паром под давлением в автоклаве за время, которое фактически требуется для такого нагревания, .например на 60 — 120 лин (меньше— для звриистого, боль,ше — для,ку.скового угля), достигают подготовку бурого угля по термоустойчивости за счет заданного обезвоживания, например на 70 — 85%, за счет получающейся >при этом усадки, равной например 15 — 45% от исходного объема угля.

Благодаря автоклавному способу обработки сохраняют зернистый и кусковой состав бурого угля при его высокотемпературной термообработке. Для каменных углей автоклавная обработка не требуется.

Автоклавно обработанный утоль, получающийся с регулируемой в интервале от

0 — 25 до 0 — 200 ли крупностью, разделяют на грохоте 4 на два класса, на крупный уголь, например класса б — 200 мм, и на мелкий уто1b, например класса 0 — б мм.

Мелкий уголь, полученный после грохотов 2 и 4, объединяют в один поток. В этот поток пода1от со стороны любое другое переи,мельченное твердое топливо, если требуется его утилизировать >и/или получить из него смолу пиролиза, газообразный тенлонооитель il зернистое бездымное твврдое топливо.

В пропиточной ванне 5 посредством погружения угля в пропитчик осуществляют пропитку угля. Разогревом пропитчика (жидкого .котельного топлива) до жидкого состояния при температуре угля 50 — 80 С, получающейся, например, после выгрузки бурого угля из автоклавов установки 8, снижают время,пропитки, изменение которого допускается в широком интервале, например, от 0,25 до 5,0 мин.

В качестве пропитчика применяют любое жидкое топливо, например топочный мазут, собственную смолу пиролиза и др„ если требуется, например, пх утилизация или более квалифицированное технологическое применение. В результате пропитки жидким топливом повышают прочность твердото топл>ива и, тем самым, увеличивают выход кусков — остатков от угля, получавшихся после термообработки, например в печи б. Пропит«у в ванне 5 не исключают лишь для тех бурых и,каме нных углей, .исходная .прочность которых недостаточна, чтобы сохранялся при термообработке зернистый и кусковой состав >их крупности.

При исходной прочности угля, равной, например, более 70% по выходу класса

+6 мм после истирания в барабане по ГОСТ

6114-57, в зависимости от конкретных условий его допускают к переработке и с пропиткой и без пропитки.

В предварительно разопретую до 600—

15 800 С печь б непрерывно загружают уголь с зернистым и кусковым составом крупности, изменение которого допускается в ши,роком, интервале,,например от 6 — 25 до

50 — 200 мм, нагревают его до заданной

2О температчры в,интврвале от 400 до 900 С и выделяют летучие вещества. Скоростное нагревание угля осушествляют в печи б от .высокотемпературных (ЯОΠ— 1600 С) >источников теплоизлучения, которыми являются зоны, неполного сжигания горючих газов >и летучих вешеств,нвпосредстввнно над слоем угля и футеровка барабана. В эти зоны вводится ыислородсодержащий газ с тем недостатком относительно полного сгорания, например 5 — 10%, л ри котором в этих зонах поддерживают восстановительную атмосферу с температурой 1300—

1600 С. Чтобы интенсифицировать процесс нагревания уголь с зерн>истым .и кусковым

35 составом по крупности оплошным наклоненным лотоком толщи ной, например 1,8 — 3 л, шириной, например 3,6 — 7 м, и длиной, >например 20 — 60 м, непрерывно пвреворачивают в радиальном направлении и переме4о шают в сторону наклона печи б.

Получающиеся дымовые газы, т. е. продукты неполного сгорания горючих газов и летучих .веществ, отводят непосредственно >над сплошным потоком угля в сто рону

45 разгрузки печи б. Отвод их осуществляют с той огран>иченной скоростью, при,которой исключают унос угля и породы из оплошного потока. Эта скорость зависит от крупности угля и породы и может составлять, 50 например 1 — 18 м/с. Меньше — для мелкозернистого угля и породы, больше — для крупнозернистого и кускового угля и породы.

При таком сжигании горючих газов и летучих в печи б получают высокую интенсивность «с>жигания» утля, равную интенсивности сжигания горючего газа, благодаря тому, что .не сжигаются твердые остатки угля, т. е. золоноситель,,интвнсивность го60 рения которого во много раз ниже, чем скорость совместного горения летучих,и этого золоносителя, а сжигаются лишь летучие вещества и горючие газы, скорость го>рения которых во много раз выше, чем при их горении совместно с золоиосителем. При та827533 ком получении дымовых газов-теплоносителя уголь не озоляется, и все неозолившиеся твердые остатки от угля отводят из печи б с зернистым и кусковым составом по крупности. Такой состав их крупности достигают благодаря подготовке по крупности сырого утля, автоклавной обработке у бурых углей и .невысокой спекаемости у каменных углей.

При .получении в лечи б дымовых газов !О из угля, пропитанного жидким топливом или смолой пиролиза, сжигают лишь горючие газы и летучие вещества жидкого и твердого топлив, а твердый остаток, т. е. золоноситель жидкого топлива или смолы пиролиза, остается внутри угольного остатка и с ним затем используется,,например, при сжигании в качестве твердого бездымного топлива.

Если в перерабатываемом серусодержащем угле нет породы, содержащей известь ,и другие соединения, применяемые известными способами для нейтрализации активных соединений серы в дымовых газахтеплоносителе, то к нему добавляют, например мелко дробленый известняк и/или зернистую (гранулированную) золу топлива, в которой достаточно содержания СаО и MgO. Эти серунейтрализующие добавки присаживают .к углю и в том случае, если 30 в качестве п ропитчика применяют сернистое жидкое топливо.

Так как золоноситель жидкого топлива остается внутри остатка от угля, посредством пропитки в ваннах 5 и 9 и затем тер- 35 мообработки в печах б и 7 исключают высокотемпературную ванадиевую коррозию.

В нижнюю часть лечи 7 вводят сплошным потоком твердые горячие остатки от угля после печи б и среди них посредством, 40 например, трубы 8 вводят мелкий уголь, полученный .на грохотах 2 .и 4 или со стороны и затем пропитанный или непролитанный,,например, в ванне 9. В ванне 9 применяют пропитку с циркуляцией проиитчи- 45 ка по замкнутой схеме, включающей, например, емкость 10, ванну 9, печь 7. Благодаря п ропитке в ванне 9 увеличивается, налример, в 1,5 — 2 раза извлечение смолы лиролиза из того же количества мелкого 50 угля, а при циркуляции по этой схеме пропитчик не теряется. Из емкости 10 на сторону выдают, избыток смолы пиролиза, получающийся с участием или без участия в качестве пропитчика в ванне 9 жидкого 55 топлива или собственной смолы ппролиза.

При пропитке мелкого угля в ванне 9 жидким топливом в составе выдаваемой на сто рону пылевидной золы от угля содержится зола от пропптчика и, следователь- 60 но, полезные и/или вредные для дальнейшего использования элементы и соединения в этой золе.

Вводимым в печь 7 мелким углем охлаждают в интервале температур 900—

400 С раскаленные твердые остатки от угля, опускающиеся сплошным потоком из пе ш б, а сам мелкий уголь нагревают при этом в интервале температур 400 — 800 С и пиролизуют.

В результате лиролиза лри охлажденин-нагревании в печи 7 из мелкого угля, пропитанного или непропитанного жидким топливом или смолой пиролиза, выделяют парогазовые смеси, состоящие из горючих газов и паров пирогенетической воды и смолы ппролиза. Внутри, печи 7 парогазовые смеси отводят сквозь опускающийся слой угля. Благодаря такому получению и отводу, парогазовые смеси не засоряются пылью, обеспечивают их несложное разделение известными приемами с получением пригодной для переработки смолы пиролиза. Состав смолы пиролиза предопределяют и обеспечивают темлературой напрева мелкого угля в печи 7,,изменение,которой допускается в широком интервале, например от 400 до 800 С.

Выгружаемую вместе с породой из лечи 7 на грохот П смесь, состоящую из твердых остатков полученных после нагревания угля в печи б, и остатков. угля после охлаждения-нагревания в печи 7, разделяют посредством грохота 11, например, на три класса.

* 1- еперензмельченные твердые остатки, например, класса +1 ил, на сплошной части грохота 11 подвергают тушению орошением подсмольной водой. Подсмольную воду при получении в печи 7 парогазовых смесей пз мелкого угля получают в количествах, например, в шесть раз меньших, чем количество непереизмельченного термообработанного угля,,например, класса

+1 ял.

Поэтому, избыточного тепла от угля вполне достаточно, чтобы всю подсмольную воду превратить в парообразное состояние при тушении на грохоте П. Получающиеся при этом горючие газы, пары смолы,и воды, а также тепло передают в лоток дымовах газов. Затем уголь разделяют посредством следующего рассева,на грохоте 11 на породу, например класса +50 лл, остающуюся в надрешетном продукте, л на непереизмельченные угольные остаткп на1 пример класса 1 — 50 .пл, поступающие в емкость 12, а из нее на сортировку 18, где их попутно охлаждают и разделяют на целевые продукты — бездымное твердое топливо соответствующего состава крупности, например 0 — 6,6 — 13, 13 — 50 .и,н.

Получающиеся после термообрабаткп наиболее переизмельченнымн, напрнмер, класса 0- — 1 ил, твердые остатки от угля отводят посредством грохота 11 в емкость

14, откуда з горячем состоянии передают, например, на сжигание с подогревом воздуха и с лолучением пылевидной золы в топке 15 или на другую переработку, на827533

Таблица !

Показатель бурого тгля

ИршаБородинского месторождения

1 Що п/:п

Чихезского м сторождення

Характеристика

3 4

1 Исходный свежедобытый дробленый до 0 — 100 мл сырой уголь:

Влажность % Р, %

3oJIbHocTb Л, Выход летучих У"

Содержание серы S %

Теплота сгорания Q „Р, ккал

40,0

15,0

55,0

0,30

33,0

15,0

47,0

0,37

3381

3861 ка

Прочность при разрушении в барабане по ГОСТ 6114-57 по классу 13 — 100 мм, %

Ситовый состав

0 — 3 мм

3 — 13 мм

13 — 25 мм

25 — 50 мм

5O — 1100

2 Бездымное твердое топливо— твердью остатки от исходного дробленого угля, полученные после термообработки, охлаждения-нагревания, тушения и отвода угольных остатков класса Π— 6 л1л на сжигание в топке

95

3,4

6,6

10,0

23,0

57,0

9,9

22,0

20,8

27,1

20,2 пример, на известное горячее брикетирование с добавкой спекающегося угля .при получении коксобр икетов.

Способ позволяет, таким образом, примвнять добываемую .вместе с углем или отдельно породу, содержащую, например, известняк и/или доломит, для нейтрализации активных соединений серы в дымовых газах-теплоносителе, а также выделять после термообработки куски породы-сырья, как, напр, имер, серный, колчедан.

Полученную в топке 15 очищенную от золы смесь, состоящую из подогретого, например, до 600 — 1000 С воздуха и дымовых газов с этой же температурой, inepeдают в верхнюю часть печи-бункера 7, где дожигают посредством введенного туда подогретого воздуха смеси все горючие, оставшиеся в отходящих из,печи б дымовых газах, посредством, которых утилизируется и тепло, получен ное в топке 15.

Таиим образом получают высокотемпературный газообразный твплоноситель с низким содержанием золы и породы и твердое бездымное топливо.

При известном уклоне, равном 3,5—

4,0, время пребывания угля во вращающейся печи-ба рабане б составляет 4 — 10 и, а требуется 15 — 45 мин. Чтобы сократить время пребывания угля в печи б и соответственно увеличить ее 1пропускную способность, ее уклон увеличивают не более угла естественного откоса сплошного слоя угля.

Печь-бункер 7 выполняют в виде обычного бункера, футерованного огнеупорным материалом, а также в виде аналогической емкости, встроенной, например, в топочное пространство парогенератора. Во втором случае в верхнюю и нижнюю части печибункера 7 встраивают трубы, поаредством которых вода превращается э пар требующегося давления.

Грохот 11 выполняют с д вумя или больше ситами.. Больше двух сит;применяют в том случае, если, например, кроме ввделе15 ния на сяоигание в топке 15, требуется выделить твердые раскаленные остатки от исходного угля для изготовления известным . способом коксобрикетов из них в смеси со спекающимся углем или со связующим.

20 Наиболее зольные первизмельченные твердые остатки от исход1ного угля сжигают в топке 15 лишь в тех случаях, если их,не:направляют на другое использование, например, если требуется получить из них

25 пылевидную золу и породу для переработки в более ценные продукты.

В табл. 1 представлены характеристики исходного угля и полученных продуктов переработки угля в пересчете на 10 млн.т.

30 рядового угля (без пропиткн), в табл. 2 представлены выходы продуктов переработки.

827533

Продолжение

1,97

6,83

16,80

74,40

1,0

4,0

5,0

90,0

80 — 86

3,03

18,78

10,72

0,20

70 — 80

8,26

15,54

11,01

0,31

88,95

2,40

0,80

87,45

2,04

1,08

6273

7627

6330

1,75

0,70

1,67

0,70

) 1300

> 1300

43,78

8,78

26,64

7,37

9,78

2,89

29,67

12,38

6,49

32,24

7,00

8,09

9,96

16,14

10,15! 42,87

12,20

8,68

19,43

23,28

1,15

5,65

29,47

21,00

2767

1726

80-90

Не определялось

80 — 90

0,59

770

461

309

Не определялось

1,68

Таблица

2,6

2,53

3,0

1,84

8,77

0,102

0,54

0,302

Ситовой состав, %:

0 — 3 мм

3 — 6 мм

6 — 13 мм

13 — 50, мм

Прочность при разрушении в барабане по ГОСТ 6114-57 по классу 6 — 50 мм, 0

Влажность W, %

Зольность А, Выход летучих V", %

Содержание серы S., %

Содержание на горючую массу %: углерода водорода азота

Теплота сгорания, ккал/кг: на горючую массу, Яа" на рабочее топливо, QP

Удельный вес: истинный насьгпной, т/мз

3 Пьглевидная зола

Температура плавления, С

Состав золы, %:

ЯОз

РезОз

А!гОз

СаО

МКО

SO

4 Горючий газ,, полученный после конденсации паров пирогенетичеокой воды и смолы пиролиза

Состав об. %

СО

Нз

Оз NI2

СН4

СО

Теплота сгорания низшая

Q„, ккал/и ° мз б Автокла вная вода при выходе из автоклава:

Температура, С

Содержание летучих фенолов, мг/л

Содержание твердых частиц, мг/л в том числе: органических минеральных

Содержание твердого после

6 сут. отстаивания, мг/л

Продукт переработки

Автоклавной воды. млн. т.

Твердого бездымного топлива крупностью 6 — 60 мм, млн. т.

Смеси золы и породы, млн. т.

Смолы пиролиза„млн. т.

Показатель бурого угля

Ирша-Бородинского месторож- Чихезское месторождение

827533

Переработка угля по изобретению эко,номически целесообразна, так как капптальныс затраты на строительство комплексного предприятия намного меньше капиталь:?b?x затрат на строительство разобщенных предприятий IIQ получению высокотемпературного газообразного теплоносителя, твердого бездымного топлива, зернистого и кускового состава, крупности смолы пнролиза и др., так .как потери тепла н топлива, производственные,.расходы и затраты на защиту окружающей среды меньше на комплексном предприятии, чем на разобщенных пред приятиях. К тому же, прп такой переработке снижаются, например, в 1.64 раза затраты на передачу угольного топлива внешним потребителям, поскольку в тех же емкостях ??, ж.-д. вагонах, занятых на перевозках бездымного топл»ва, количество тонн условного топлива увеличивается в 1,64 раза.

Для осуществления способа не требуется создавать принщипиально новое обо рудование. Автоклавы для бурых углей просты, долговечны и надежны в эксплуатации, изготовляются серий но. Переделка обычного бункера или топки парогенератора в печь-бункер 7 и сооружение топки 15 технически «е сложны. Увеличение уклона сер?ийно:?зготовляемого барабана б осуществимо с изменением конструкции радиальноосевых опор его корпуса.

Предприятием, на котором более целесообразно пр именять способ, является тепловая электростанция, размещаемая поблизости от добычи рядового бурого угля. Такое размещение позволит осуществлять перера ботку свежедобытого бурого угля, что способствует наибольшему выходу .кускового и крупнозерн истого твердого бездымного топлива.

Для освоения способа пригодны бурые угли канско-Ачинского бассейна, Чихезского месторождения и другие. Для этого требуется вместе с ТЭЦ строительство автоклавной установки и апрегата, состоящего нз вращающегося барабана, печибункера и двухзо нной топки,и, кроме того, в связп с актуальностью, известной проблемы,получения кокса, строительство установки для получения известным способом здесь;-:e коксобрикетов пз раскаленных

40 напменее зольных твердых остатков от угля с присадками к нпм спекающегося угля, Формула изобретения

1. Способ получения бездымного твердого топлива нз угля, преимущественно из бурого угля, включающий разделение угля на крупную и мелкую фракции, обезво?? ??вание ирупной фракции угля путем ее нагрева под давлением в автоклаве, термообработку ее при 400 — 900 С, мокрое тушение полученного бездымного твердого топлива, о т л,и ч а ю щ,и и с я тем, что, с цель?о,повышения производительности и получения высокотемпературного газообразного теплоносителя с низким содержанием золы и породы, термообработку крупной фракции угля ведут во вращающемся барабане при сжитании выделяющихся летучих веществ с введением кислородсодержащего газа в количестве недостаточном для их полного сжигания,и получением высокотемперату рного газообразного теплоносителя и горячего бездымного топлива, перед мокрым тушением бездымное твердое топливо охлаждают путем контакта с мелкой фракцией угля, затем полученную смесь разделяют на охлажденное бездымное топливо и нагретые до 400 — 800 С переизмельченные твердые остатки, 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что переизмельченные твердые остатки направляют на сжигание.

3. Способ по и. 1 и 2, о тл и ча ющи йс я тем, что, с целью повышения выхода крупнокускового н зернистого топлива, перед термообработкой крупную и мелкую фракции угля пропитывают жидким топливом или смолой аиролиза.

Источник информации, принятый во

BH??xIBHI??e при экспертизе:

1. Сорокин Н. И. Улучшение свойств бурого угля Райшхинского месторождения путем обработки па ром в автоклаве.—

Научные труды по обогащению и брикетированию углей. Выпуск 1, ВНИИУглеобогащение, М., Углетехиздат, 1958, с. 196—

206.

827533

L — 1

, » "ектор С. Файн

Ред":êòñð H. Потапова

Заказ 573/517 Изд. ¹ 365 Тираж 553 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобрг-.гний и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4, 5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»!

1 ! г

Ссстазптель Н. Сорокин

Текред Л. Куклина