Подрібнення вугілля – один з етапів технологічного процесу отримання водовугільного палива. Водовугільне паливо з’явилося завдяки водовугільній суспензії, яка використовувалася в 50-60-х роках минулого століття для того, щоб знайти застосування для обводнених частинок вугілля. Тоді технологія водовугільної суспензії розглядалася більше як спосіб утилізації відходів вугільної промисловості.

Але світова нафтова криза 70-х років змусила багато країн шукати альтернативу традиційним видам палива (нафті, мазуту, природному газу). У США, Японії, Швеції та Китаї була реалізована ідея використання як повноцінного палива суміші дрібнодисперсного вугілля і води. Ця суміш пізніше отримала назву «водовугільне паливо» або скорочено – ВВП. Трохи пізніше, у 80-х роках, для доменних печей і парових котлів інтенсивніше починає використовуватися тонкий порошок вугілля – пиловугільне паливо.

Склад і властивості водовугільного палива

Процентний склад водовугільного палива виглядає наступним чином:

• дрібнодисперсне вугілля – 60-70% (тонкість помелу 200 мкм і менше);
• вода – 30-40%;
• хімічні добавки – до 1%.

Хімічні добавки використовуються для кращого з’єднання рідкої (вода) і твердої (подрібнене вугілля) фаз, а також підвищення стійкості до розшарування отриманої суміші.

Водовугільне паливо має температуру займання 450-650 °С, температуру горіння – 950-1050 °С, а ступінь його згоряння становить 99,5%. Також водовугільне паливо є екологічно чистішим порівняно з традиційними видами палива, що підтверджується більш низьким вмістом у продуктах згоряння оксидів азоту (в 1,5-2 рази), окису вуглецю (в 2 рази) і бензапірену (в 5 разів). Розповсюдженню технології сприяє виробництво палива з різних марок вугілля і неперебірливість до якості води.

Помел вугілля як основна стадія виробництва ВВП

Класичний технологічний процес виробництва ВВП складається з кількох стадій:

• грубе подрібнення вугілля;
• тонкодисперсний помел вугілля;
• остаточне змішування води і подрібнених частинок вугілля.

На рисунку 1 наведена одна з часто використовуваних схем отримання водовугільного палива.

Рисунок 1 – Схема виробництва водовугільного палива: 1 – вугільний бункер; 2 – шнековий живильник; 3 – змішувач; 4 – мішалка; 5 – кульовий барабанний млин «вологого» помелу вугілля; 6 – електропривод; 7 – гідроциклон; 8 – проміжний бак; 9 – витратний перистальтичний насос. А – сире вугілля; В – вода; С – добавка; Д – готове ВВП.

На схемі не показаний млин грубого подрібнення вугілля, який дозволяє отримати частинки розміром 6-13 мм.

Як видно з рисунка, процес отримання ВВП складний, а сама схема містить багато елементів, тобто технологічна лінія зазвичай займає багато місця.

Чим виконується подрібнення вугілля

У традиційних системах подрібнення вугілля здійснюється за допомогою кульових і стрижневих млинів. Залежно від технологічної схеми і типу вугільного млина, питомі витрати електроенергії дуже великі і в середньому коливаються від 50 до 250 кВт·год/т. Такі енерговитрати виникають через дуже низький енергетичний ККД використовуваного обладнання.

Крім високих питомих енерговитрат, традиційна технологія має й інші недоліки:

• великий розкид розмірів частинок подрібненого вугілля;
• нестабільність характеристик пластичності;
• необхідність введення хімічних добавок для стабільності суміші;
• незгоряння палива в котлах великої потужності може становити понад 15%.

Тому завдання впровадження енергоефективних млинів для вугілля, які одночасно зможуть забезпечити необхідну тонкість помелу і стабільність ВВП, залишається актуальним.

Електромагнітний млин для вугілля – результати випробувань

Як альтернативне обладнання для подрібнення вугілля компанія GlobeCore пропонує апарат вихрового шару (електромагнітний млин).

Конструктивно апарат вихрового шару являє собою індуктор для створення обертального електромагнітного поля та робочу камеру, виготовлену з немагнітного матеріалу. У робочій камері під дією електромагнітного поля рухаються феромагнітні частинки, які під час руху створюють вихровий шар. Частинки постійно стикаються одна з одною, зі стінками робочої камери та з оброблюваними речовинами (вугіллям і водою). Частота таких зіткнень дуже висока. При цьому відбувається подрібнення вугілля, а кожна феромагнітна частинка є міні-мішалкою і інтенсивно змішує воду і вугілля. Тобто відбувається одночасне подрібнення і змішування компонентів.

Для дослідження ефективності застосування електромагнітного млина в процесі виробництва ВВП нами проводився експеримент, що складався з двох стадій.

Перша стадія – додаткове подрібнення вугілля фракції 10-15 мм до вугільного пилу фракції 0-300 мкм

Спочатку ми подрібнювали вугілля фракції 10-15 мм за допомогою апарата вихрового шару АВС-150 «всуху» протягом двох хвилин. Подрібнення вугілля перевірялося за допомогою лабораторних сит. Через сито 316 мкм пройшло 96% вугілля. Після цього просіяний зразок був пропущений через сито 160 мкм і отримано результат 60%. А через сито 50 мкм пройшло 10% зразка.

Друга стадія – змішування вугільного пилу з водою і пластифікатором

На другій стадії експерименту за тих же вихідних умов проводилося «вологе» подрібнення вугілля з отриманням ВВП. Стабільність отриманого палива перевірялася протягом п’яти днів, після яких розшарування води і вугілля було незначним. Це дозволяє зробити висновок про те, що у випадку застосування апарата вихрового шару додавання хімічних речовин для стабільності суміші не є обов’язковим – достатньо тільки реалізувати систему періодичної рециркуляції палива в ємностях для зберігання.

Після висушування зразка знову були використані лабораторні сита і отримані результати, які підтверджують вищу ефективність «вологого» помелу вугілля:

• сито 316 мкм – 98%;
• сито 160 мкм – 86%;
• сито 50 мкм – 35%.

Наприкінці експерименту були досліджені характеристики горіння отриманого ВВП і отримані такі результати:

• температура займання – 750 °С;
• температура горіння – 1000 °С;
• теплотворна здатність – 4200 ккал;
• ступінь згоряння вуглецю – понад 99%.

Технологічна схема виробництва ВВП на базі апарата вихрового шару

Схема виробництва ВВП на базі апарата вихрового шару АВС-150 наведена на рисунку 2.

Рисунок 2 – Схема виробництва ВВП на базі апарата вихрового шару АВС-150

Як видно з рисунка, продуктивність технологічної лінії в потоці становить 5 м³/год, а споживання енергії одним апаратом вихрового шару АВС-150 – 10 кВт, тобто питомі енерговитрати електромагнітного млина становитимуть всього 2 кВт·год/м³, що в десятки разів менше, ніж у кульових і стрижневих млинів.

Порівнюючи рисунок 1 і рисунок 2, можна відзначити, що технологічна схема стала набагато простішою за рахунок того, що апарат вихрового шару забезпечує не тільки додаткове подрібнення вугілля, але й змішування компонентів. Ці процеси відбуваються одночасно в потоці, тому застосування змішувачів, мішалок і гідроциклонів не потрібне. Таким чином, впровадження АВС дозволяє зробити технологічні лінії для отримання ВВП більш енергоефективними, компактними, а також менш матеріаломісткими.

Переваги апаратів вихрового шару для процесів подрібнення вугілля

• Універсальність. Апарат вихрового шару може використовуватися для додаткового подрібнення вугілля, спільного спалювання вугілля і біомаси, отримання пиловугільного та водовугільного палива.
• Компактність. Апарат вихрового шару сам по собі має компактні розміри і додатково замінює габаритні млини і мішалки.
• Енергоефективність. Питомі енерговитрати АВС становлять всього 2 кВт·год/м³. Цей показник у рази й десятки разів менший, ніж у інших вугільних млинів.
• Безшумність роботи. Апарат вихрового шару дозволяє відмовитися від гучних кульових млинів, а сам працює безшумно.

Якщо вас зацікавила дана технологія для подрібнення вугілля і виробництва ВВП, зв’яжіться з нами за одним із контактів, розміщених у відповідному розділі сайту, і ми надамо вам додаткову інформацію.