Конспект лекцій з дисципліни «Спеціальні методи збагачення і окускування корисних копалин» (стр. 5 )

Матеріальний баланс коксування залежить від багатьох чинників, але в загальним рисах|| може виглядати таким чином, мас. %:

кокс 76−78,5

смола 3,2−3,5

газ 13−15

сирий бензол 0,8−1,2

аміак 0,25−0,35

пірогенетична волога 2,5−3,5

У матеріальному балансі коксування хімічні продукти складають невелику частину, в загальній же вартості товарної продукції коксохімічної промисловості частка їх досягає 16%.

2.Технологія процесу коксування.

Коксування - технологічний процес, що має певні стадії, першою з яких є підготовка до коксування, тобто, подрібнення і змішення розмірів шматків вугілля для утворення шихти (суміші для коксування).

Після підготовки проводиться безпосередньо коксування. Коксування (піроліз) проводиться в камерах коксової печі з використанням газового нагріву. Коксування проводять в коксових| печах, які для зручності обслуговування компонують в батарею, що складається з 45-71 печі. При коксуванні шихту поміщають в коксівну піч, де протягом приблизного 15 годин проводиться нагрівання при температурі близько 1000 °C. Результатом цього процесу є отримання «коксового пирога».

Батарея коксових печей зі сторони коксовиштовхувача

Коксова батарея - це цілий промисловий комплекс: вуглепідготовчий | цех, коксосортування|, система нових могутніх печей, що виробляють кокс вищої якості.

Завантаження коксової печі

Таким чином, основою коксування є ті процеси, які відбуваються в кам'яному вугіллі при його нагріванні.

На сьогоднішній день десята частина всього кам'яного вугілля, що видобувається в світі, проходить процес перетворення на кокс, що свідчить про затребуваність вугілля, що коксується, в промисловості і енергетиці.

Коксівна піч є прямокутною пласкою| камерою, зсередини футерованою вогнетривкою цеглою. Подовжні стінки камери порожнисті, і в них спалюється паливо, зазвичай коксовий газ. Початкова шихта завантажується зверху по всій довжині камери через спеціальні отвори. Тепло від стінок| передається всередину камери і нагріває «пиріг» до потрібної температури ( °С).

При поступовому нагріві в камері протікають наступні процеси:

v у початковій стадії нагріву (100-110 °С) з шихти видаляється волога і частина сорбованих газів (кисень, азот і ін.);

v при 300-350 °С починається часткова| деструкція ланцюгів молекул вугілля з відщепленням низькомолекулярних| з'єднань;

v при 480-550 °С відбувається розкладання вугілля з утворенням і виділенням рідких і газоподібних продуктів, утворюється твердий напівкокс;

v при °С напівкокс піддіється| подальшій деструкції і усадці з утворенням твердого продукту - високотемпературного коксу.

У коксовій печі коксування протікає пошарово, причому температура шарів знижується від нагрітих (вище 1000 °С) стінок печі до середини завантаження. Відповідно цьому і склад шарів (починаючи від стінок) міняється в послідовності кокс — напівкокс — вугілля в пластичному стані — сухе вугілля — сире вугілля. Коксування вважається за закінчене, коли шари коксу, що все збільшуються по товщині, зійдуться в середині печі. До кінця коксування унаслідок усадки «коксовий пиріг», що утворився, виявляється розділеним навпіл швом-розривом, що йде паралельно стінкам камери, а кожна половина «пирога» — розчленованою на більш менш крупні шматки тріщинами, що проходять перпендикулярно стінці. Коксування триває 13—18 г. Готовий кокс видається з печі коксовиштовхувачем| і поступає в гасильний вагон, де розжарений кокс охолоджують (гасять) водою або інертним газом («мокрим» або «сухим» способом). Кокс після випуску з печі піддають сортуванню по крупності. Кожен клас крупності використовується| за своїм призначенням. Наприклад, кокс більше 40 мм направляється| в доменне виробництво, а менше 5-10 мм - у агломерацію| руд. До кожного класу пред'являються вимоги не тільки по крупності, але і по складу, механічній міцності, пористості і теплотворній здатності.

Коксовий газ після виділення з нього смоли, аміаку, сирого бензолу і інших хімічних продуктів, використовується як пальне. Кам'яновугільна смола містить до 10 % вільного вуглецю і ряд цінних ароматичних і гетероциклічних органічних| з'єднань, які виділяються на хімічних за-водах|. В даний час із смоли отримують до 100 різних продуктів.

Техніка коксування безперервно удосконалюється: збільшується розмір камер печі і механізується їх обслуговування; вводиться завантаження печей висушеною і підігрітою (до 200 °С) шихтою. Розробляються і принципово нові, безперервні методи коксування, засновані на формуванні в потоці брикетів з вугілля, переведеного в пластичний стан, і подальшому прожаренню брикетів.

Газифікацією вугілля називається процес перетворення органічної| маси вугілля в горючі гази. Він заснований на горінні і неповному окисленні вугілля. Газифікація здійснюється повітрям і водяною парою при високій температурі ( °С) в спеціальных| апаратах, званих газогенераторами, в яких протікають реакції.

Газифікація вугілля. Цей метод переробки вугілля має відносно довгу історію розвитку: удосконалювалася техніка і технологія, розроблялися і реалізувалися нові принципові рішення в області конструктивного оформлення процесу. До теперішнього часу в світі освоєно декілька технологій, що отримали одноіменну назву з фірмами- виготівниками основного устаткування;

- Лурги – газифікація кускового вугілля в стаціонарному шарі під тиском 20-25 атм|. на парокисневому| або пароповітряному дутті;

- Копперс-Тотцека – газифікація вугільного пилу при атмосферному тиску в основному на кисневому дутті;

- Вінклера – газифікація дрібнозернистого вугілля в киплячому шарі при атмосферному тиску в основному на кисневому дутті;

- Тексако – газифікація водовугільної суспензії (Т:Ж = 70:30) на кисневому і повітряному дутті.

У експлуатації в різних країнах зараз знаходиться близько 250 газогенераторів|, зокрема типу Лурги – 196, Копперс-Тотцека – 26, Вінклера – 21 і Тексако-5. У технічному плані виробництво синтетичних газів в світі розглядається на даному етапі в двох аспектах: по-перше, як метод виробництва технологічних і висококалорійних газів, відповідно призначених для використання їх як сировини при виробництві водню і побутового палива; по-друге, як метод підготовки (облагороджування) високозольного і високосірчастого вугілля шляхом перетворення його в газ, очищений від пилу і сірчастих з'єднань.

У Росії розроблена нова технологія газифікації вугілля в киплячому шарі під тиском 20 атм|., технічна можливість реалізації якої, підтверджена роботою дослідної установки, побудованої при Московському коксогазовому| заводі.

Зрідження вугілля. Постійне зростання потреби в рідкому і моторному паливі обумовлюється, головним чином, розвитком різних видів транспорту, для яких воно є технологічно необхідним, і у нього довгий час не буде альтернативи. Разом з тим, подальше збільшення обсягів виробництва бензину, гасу і інших видів моторного палива значною мірою стримуватиметься із-за відносної обмеженості запасів традиційної сировини-нафти. Виробництво синтетичного рідкого палива в промислових умовах отримало відносно широкий розвиток перед і вчасно світової війни (Німеччина – 16 заводів, Росія – 3 заводи в г. г. Черемхово, Ленінськ-Кузнецк, Ангара). В даний час виробництво рідкого палива з вугілля в промислових умовах здійснюється в ЮАР. На трьох заводах цієї країни проводиться 5 млн. т річної продукції, на що витрачається 30 млн. т. вугілля. У багатьох країнах ведуться роботи по вдосконаленню тих, що існують і створенню нових технологій даного призначення. При цьому політика більшості країн з розвиненою вугільною промисловістю направлена на те, щоб планомірно забезпечувати стан технічної готовності до того тимчасового періоду, коли заміна нафті вугіллям стане або об'єктивно необхідною з економічних позицій, або силу створення стратегічної ситуації. Науково-дослідними і проектними організаціями розроблена технологія виробництва рідкого палива і хімічних продуктів з вугілля, що базується на методі гідрогенізації.

Технологія реалізована на Досвідченому заводі СТ-5, побудованому при шахті «Бельковськая» Підмосковного басейну. В результаті її експлуатації встановлено, що при переробці вугілля виходять наступні види продукції: бензин (23%), паливний гас (7%) та інші (7%). На 1 т рідких (знеособлених) продуктів витрата вугілля з теплотою згорання 3500 ккал/кг складає приблизно 5т|, включаючи вироблення пари і електроенергії на самому заводі.

У басейні Кансько-ачинському в кінці восьмидесятих років було почато будівництво крупнішої досвідчено-промислової установки (СТ-75). Будівництво було припинене через відсутність коштів. На основі наявних дослідно-експериментальних даних із залученням фактичних матеріалів, що стосуються виробництва рідкого палива з традиційної сировини, виконана економічна оцінка нової технологічної схеми з використанням її на заводі з умовно прийнятою організацією і потужністю 4,3; 2; 1; 0,5 млн. т.

Третя група технологій – технології виробництва з вугілля і вугільних відходів продукції непаливного призначення. Можливість реалізації цього напряму переробки вугілля і утилізації твердих відходів підтверджується наявністю різноманітних технологій і потребою в продукції, що виробляється на їх основі. При переробці вугілля проводиться гірський віск, використовуваний в багатьох галузях промисловості, гумінові | добрива, внесення яких до ґрунту збільшує врожайність сільськогосподарських культур, і адсорбенти, застосування яких забезпечує очищення димових газів і стічних вод від шкідливих домішок.

При переробці твердих вугільних відходів (хвостів збагачення, вугільної золи) представляється можливим проводити будівельні матеріали (цеглина, аглопорит| – складова частина легкого бетону). Короткі відомості про ці технології, їх економічна оцінка і ефективність виробництва названих видів продукції представлена нижчим. Виробництво продукції непаливного призначення з вугілля. Гірський віск, що виробляється з деяких марок вугілля, широко застосовується в хімічній, автомобільній, оборонній, авіаційній і ін. галузях промисловості.

Основним виробником, так званого сирого воску (вельми низької якості), в Радянському Союзі був Семеновський завод (Україна). Потреба в цьому виді продукції в даний час задовольняється імпортом. Разом з тим, це завдання цілком вирішуване на основі реалізації нової технологічної схеми, розробленої ІГИ. В результаті роботи дослідних установок був отриманий віск високої якості.

Гумінові добрива, вироблювані зараз з вугілля в промисловому масштабі, є багатобаластними, оскільки в них міститься тільки 30% корисної речовини (гумата|) і 70% залишків вугілля. Застосування добрив такої якості малоефективне і супроводиться засміченням грунту твердими речовинами. Якісніші (безбаластні|) гумінові| добрива можуть бути отримані на основі використання нової технології, розробником якої є ІГИ. Як сировинна база може бути використане буре вугілля практично всіх басейнів (родовищ). Застосування безбаластних| гумінових| добрив приводить до підвищення врожайності в середньому на 20%.

Адсорбенти, що виробляються з сировини рослинного і мінерального походження, застосовуються в різних галузях національного господарства для очищення рідин, газів, видалення домішок з розчинів і в медицині. Одним з основних видів сировини є вугілля. У Росії розроблена технологія отримання високоякісних гранульованих адсорбентів без застосування зв'язуючих речовин нафтового походження. Як матеріал, що пов'язує, на стадії гранулювання використовується вода. Це призводить до зниження витрат на придбання зв'язуючих і, що не менш важливо, параметри процесу не знижуються.

Лекція № 7

Тема 2.2.6 Отримання бездимного палива

План лекції

1. Отримання бездимного палива.

2. Процес шарового спалювання бездимного палива.

Зміст лекції

1.Отримання бездимного палива

Кускове бездимне паливо отримують термообробкою заздалегідь окускованого|, без зв'язуючих речовин шламу. Необхідне в процесі тепло поступає за рахунок спалювання летючих речовин, що виділяються з шламу. Додаткові енергоносії не потрібні. Як попутна продукція отримується пара або гаряча вода. З технологічної схеми виключаються стадії виділення і переробки малоцінних, таких, що не знаходять збуту, погіршуючих умови експлуатації і екологічно небезпечних хімічних продуктів. Стічні води відсутні. Бездимне паливо доцільно фасувати в пакети вагою до 20-25 кг, що створює додаткові зручності для споживачів: можливість покупки в невеликих кількостях, легкість транспортування (сумка, легковий автотранспорт і ін.) і використання без виділення пилу і забруднення навколишніх предметів.

В процесі збагачення вугілля утворюється 7-10 % вугільного шламу. Високі вологість, зольність і низька дисперсність є перешкодою для його кваліфікованого використання. В даний час шлам частково використовують шляхом присадки до енергетичного вугілля, решта частини шламу вивозиться у відвали в спеціально відведені місця — шламові поля.

У і роки на збагачувальних фабриках передбачалися «замкнуті» водно-шламові системи через гідровідвали|, мулонакопичувачі| і зовнішні відстійники. За минулий період експлуатації вуглезбагачувальних фабрик в зовнішніх відстійниках і мулонакопичувачах накопичилася велика кількість вугільних шламів, що числяться як відходи флотації із зольністю від 25 до 60 %, що не враховуються в балансах як можливі джерела отримання товарного вугілля.

Це веде до втрат вже здобутого вугілля, до виводу з корисного землекористування великих територій і забруднення навколишнього середовища. Шлами, які сьогодні розглядаються як відходи збагачення вугілля, є цінним енергоносієм. Проблема виїмки шламів з відстійників і гідровідвалів| і їх переробка є актуальною. Виїмка шламів можлива із застосуванням шламовиємочної| машини (земснаряду) з подальшим їх обезводненням або виїмкою на борт відстійника і подальшим транспортуванням на переробку.

Для утилізації шламу були розроблені і випробувані в промислових умовах дві технології його переробки: у брикетне паливо і бездимне паливо. Єдиним джерелом викидів є димар. Якість бездимного палива визначається властивостями використовуваної сировини. З шламу збагачувальної фабрики шахти «Воркутінськая» було отримано бездимне паливо з наступними показниками якості: механічна міцність при випробуванні в барабані і при скиданні складає більше 90 %, водопоглинання — менше 4 %, нижча теплота згорання на робочу масу — близько 21 Мдж/кг.

Коефіцієнт корисної дії (ККД) топкових пристроїв в порівнянні із спалюванням рядового вугілля збільшується приблизно в 1,4-1,5 рази; механічна міцність і водостійкість достатні для перевезення навалом в залізничних вагонах і відкритого зберігання.

2. Процес шарового спалювання бездимного палива.

В процесі шарового спалювання бездимного палива на стенді побутової печі, обладнаної нерухомими колосниковими гратами з розміром щілини 13 мм відмічене наступне:

— паливо легко піддається розжигу|, має по цьому показнику переваги перед сортовими антрацитами| і пісним вугіллям, а також брикетами з цих марок вугілля;

— при горінні володіє високою реакційною здатністю, не виділяє кіптяву, полум'я по кольоровості голубувате, в приміщенні не виявлено присутність сторонніх запахів;

— не утворює провалу (відсутність механічних втрат палива при горінні за рахунок розсипу незгорілих дрібних шматочків палива в зольник);

— поверхневий шар шлаку, що утворюється після спалювання палива, спікаєтся|, що сприяє запобіганню його провалу через колосники топкового пристрою;

— інтенсивне горіння палива відбувається без його шуровки|, що робить це паливо комфортним при використанні.

Висока реакційна здатність отримуваного побутового палива забезпечує його легкий розжиг| і спалювання у всіх використовуваних в даний час топкових пристроях, включаючи побутові печі. Використання отриманого бездимного палива для комунально-побутових потреб або в невеликих виробничих котельних установках замість вугілля дозволяє поліпшити екологічну обстановку у споживачів. При утилізації шламу використовується серійне устаткування. Для термообробки шламу при отриманні бездимного палива можуть бути використані широко поширені в теплоенергетиці котлоагрегати|.

При необхідності котлоагрегат| без ускладнень може бути переведений в звичайний енергетичний режим повного спалювання вугілля з отриманням пари або гарячої води. Капітальні витрати при отриманні бездимного палива вищі, ніж брикета. Проте отримання у якості попутної продукції енергоносіїв у вигляді пари або гарячої води дає істотний економічний ефект. Зокрема, з 1 т вугільного шламу може бути отримане близько 0,75 т бездимного палива (вміст летючих 5-7 %) і близько 1 Гкал теплової енергії. Зольність бездимного палива вища за зольність початкового шламу.

Тема 2.3 Агломерація

Лекція № 8

Тема 2.3.1 Способи агломерації. Технологія окускування

План лекції

1. Способи агломерації.

2. Технологія окускування.

3. Вивчення схематичного обладнання виробництва агломерату. Основні фактори при виробництві окатишів. Основне обладнання для виробництва окатишів. Технологія виробництва окатишів. Номенклатура окускування сировини на виробництві. Правила експлуатації металевих окатишів. (Питання, що виносяться на самостійне вивчення.)