Разработка условий эффективного использования энергетических углей



Предыдущая | Следующая

 

Разработка условий эффективного использования энергетических углей КАРТАВЦЕВ Сергей Владимирович Доцент, канд. техн. наук Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова БУРМАКИНА Анна Владимировна Аспирант Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова Энергетические угли, сжигаемые в промышленности, в настоящее время используются недостаточно эффективно. Это связано с тем, что применяемые тепловые схемы использования энергетических углей (на ТЭЦ и в котельных) разрабатывались в доэкологический период и характеризуются практически полной потерей минеральной части углей, складируемой в золоотвалы, что прямо нарушает современный принцип безотходности.
Двухступенчатый характер окисления углерода (до СО и до СО2) предоставляет возможность производства из энергетических углей горючего газа, способного в определенной степени замещать закупаемый природный газ. Создание собственной альтернативы природному газу в условиях отечественной монополии промышленного газоснабжения можно признать актуальной задачей.
Однако газификация углей не решает проблемы использования минеральной массы углей и ее теплоты после сжигания.
В работе поставлена задача разработки условий наиболее эффективного использования энергетических углей, сжигаемых на промышленных предприятиях.
По своему составу уголь подразумевает технологию комплексной переработки.
Анализ и обобщение состава энергетических углей по 89 месторождениям [1] показывает, что они содержат в среднем до 20 % минеральной массы (табл. 1).
Таким образом, до 20 % массы углей, извлекаемых в угольной промышленности, теряется в промышленной энергетике.
В свою очередь, минеральная часть углей [2] может содержать в среднем более 22 % оксидов железа (табл. 2), что составляет до 5 % чистого железа на 1 т углей. Кроме того, минеральная часть содержит оксиды кремния, алюминия, оксиды кальция и магния, составляющие основу производства строительных материалов.
В существующих схемах это железо в оксидах полностью теряется в золоотвалах ТЭС, работающих по принципу факельного сжигания углей.
Сравнительный анализ сжигания углей в факеле, в кипящем слое и в шлаковом расплаве показал, что наименьшее время нагрева угольной частицы и наибольшая производительность обеспечивают сжигание углей в шлаковом расплаве, уже получившем практическое применение [3]. Граничные физико-химические условия шлакового расплава, за счет смачивания зольных частиц, обеспечивают наилучшее улавливание минеральной части углей и сбор их в едином жидкофазном объеме. Уловленная минеральная часть углей при сжигании в шлаковом расплаве находится в расплавленном состоянии при температурах 1 600 — 1 900???? что в наибольшей степени отвечает последующим условиям переработки минеральной части.
Условием полного извлечения железа из оксидных расплавов (жидкой золы) является восстановительный характер газовой фазы и основность расплава более 1,0, что значительно выше естественной основности золы. Следовательно, для полного извлечения железа из шлакового расплава необходима добавка извести.
Для получения из углей горючего газа необходимо их сжигание с коэффициентом расхода окислителя 0,5. Это обеспечивает высокие температуры продуктов неполного горения для производства горячей воды и пара без их дожигания, вторичный топливный газ после их охлаждения, а также восстановительный характер газовой фазы в расплаве.
Таким образом, необходимыми условиями предельно эффективного использования энергетических углей для энергоснабжения промышленного предприятия с учетом принципов безотходности и производства горючего газа являются:
• организация шлакового расплава;
• подача углей и окислителей с коэффициентом расхода 0,5 в шлаковый расплав;
• добавка извести в шлаковый расплав до основности более 1,0;
• непрерывный отвод образующегося жидкого железа на переработку;
• непрерывный отвод шлакового расплава на переработку.
Принцип безотходности требует полной переработки образующегося известкованного шлакового расплава, а принцип энергосбережения требует переработки его немедленно в жидком состоянии. Направления переработки минеральных расплавов известны: каменное литье, плавленый цементный клинкер, волокнистые минеральные продукты (шлаковата).
Приведенные основные условия однозначно обеспечивают решение поставленной задачи одновременного энергоснабжения промышленного предприятия газовым топливом, тепловой и электрической энергией, металлом и шлаковой продукцией, что обеспечивает предельную эффективность использования энергетических углей.
Расчеты материального баланса показывают, что использование 1 т энергетических углей усредненного состава (например, смеси) с теплотой сгорания 25 ГДж в приведенных условиях обеспечивает генерирование топливной и тепловой энергии до 18 ГДж, производство железа до 50 кг и, например, плавленного цементного клинкера до 500 кг, в зависимости от доли шлаков, направляемых на переработку.
Кроме того, процесс сжигания в шлаковом расплаве в состоянии переработать широкий спектр жидких и твердых отходов снабжаемого предприятия или внешнего источника. Эти принципиальные обстоятельства дают веские основания определить разрабатываемый способ как «угольную платформу» — основу для комбинирования производства теплоты и электроэнергии с широким спектром промышленных технологий, включая переработку отходов.
Таким образом, в условиях современной промышленности, энергоснабжение которой в настоящее время опирается только на природный газ и электроэнергию, и ограниченно — на энергетические (ТЭЦ) и коксующиеся (черная металлургия) угли, угольная платформа открывает возможность высокоэффективного использования энергетических углей.