Способ переработки низкосортных углей

(51) 23 99/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ НИЗКОСОРТНЫХ УГЛЕЙ(57) Изобретение относится к области энергетики, в частности, к способам переработки низкосортных углей. Способ включает переработку низкосортного угля способом плавки в жидкой ванне в металлургической печи, футерованной огнеупорным кирпичом, при подаче кислорода с получением шлака и процесс ведут с подачей известняка в количестве,обеспечивающем соотношение 2 в шлаке, равном 10,30,8. Достигаемым техническим результатом является повышение эффективности процесса.(72) Квятковский Сергей Аркадьевич Бектурганов Нуралы Султанович Кожахметов Султанбек Мырзахметович Абишева Зинеш Садыровна Соколовская Людмила Вячеславовна Школьник Владимир Сергеевич Дуйсебаев Бауржан Оразович Рыспанов Нурлан Бектасович Ишмухамедов Серик Нариманович Семенова Анастасия Сергеевна(73) Акционерное общество Центр наук о земле,металлургии и обогащения Товарищество с ограниченной ответственностью Универсальное конструкторское технологическое бюро Изобретение относится к области энергетики и может быть применено для переработки низкосортных углей. Известен способ сжигания угля, включающий диспергирование и впрыск в камеру сгорания, при этом в процессе диспергирования уголь дробят до размера частиц не более 20 мкм и одновременно активируют,преимущественно,с помощью механических мельниц, располагаемых близко от камеры сгорания, при этом защиту частиц угля от воздействия внешней среды и последующий впрыск частиц в камеру сгорания осуществляют с помощью направленного потока. Оптимальное значение составляющей скорости впрыскивания двухфазного потока обеспечивается изменением давления в камере сгорания, расхода газа, вдуваемого в механические мельницы 2230981 С 2, Кл. 23 7/00, 23 1/00, опубл. 20.06.2004. В описанном способе предусматривается сжигание угля тонко измельченного, используются частицы угля размером не более 20 мкм. Получение массы угля с частицами такого размера сопровождается значительными материальными затратами, загрязнением окружающей среды при истирании большой массы угля до указанного размера. Кроме того, при сжигании угля образуется зола, которая никак не утилизируется, особенно много золы образуется при сжигании низкосортного угля, количество золы может достигать 50-60. Образовавшаяся зола содержит несгоревший углерод, количество которого возрастает при сжигании низкокачественного угля, а также цветные и редкие металлы, их использование в золе весьма затруднено и они теряются безвозвратно. Повышается также количество зольного уноса или летучей золы, выносимой вместе с газообразными продуктами сжигания из топочного пространства и улавливаемой посте охлаждения газовой фазы в устройствах санитарной очистки дымовых газов. Известен способ сжигания угля и устройство для его реализации, по которому ультратонкая пылеугольная смесь подается в камеру сгорания газовой турбины впрыскиванием при помощи эжектора, размер помола угля должен быть не более 10 мкм, при этом вышеуказанный размер помола и выделение мелкой фракции угля осуществляют с помощью центробежного поля внутри тороидальной вихревой камеры,которую располагают непосредственно перед камерой сгорания газовой турбины. Инициирование пылеугольной смеси в камере сгорания газовой турбины осуществляют с помощью плазменного источника на парах воды,генерируемых за счет использования энтальпии выходящих газов 2327889 С 1, Кл. 02 3/26,23 90/00, опубл. 27.06.2008. Для осуществления сжигания угля по данному способу требуется использование ультратонкого помола угля, который обеспечивается работой многих промышленных агрегатов, позволяющих тонко измельчить уголь в несколько этапов. При этом загрязняется окружающая среда вредными выбросами угольной пыли, потери ультратонкой пыли неизбежны. В процессе сжигания угольной 2 пыли используется плазменный источник на парах воды, генерируемых за счет использования энтальпии отходящих газов, что очень сильно усложняет процесс сжигания,увеличивает содержание несгоревшего углерода, значительно увеличивает капитальные затраты. Сжигание ультратонкого угля происходит при помощи эжектора в камере сгорания газовой турбины, при этом образовавшаяся зола из-за очень мелкой консистенции не может быть использована в качестве исходного сырья для получения строительных материалов,а также из-за несгоревшего углерода, содержание которого достигает 20. Известен способ сжигания и газификации углей в печи в псевдоожиженном слое, который может быть использован для утилизации различных сортов каменного угля. Печь с псевоожиженным слоем разделена множеством перегородок на печь газификации, главную камеру сгорания печи для сжигания и камеру рекуперации тепла указанной печи для сжигания, причем камеры газификации и рекуперации тепла полностью отделены друг от друга. В одной из камер формируется возвратный поток псевдоожиженной среды и создается циркуляция тепла потока псевдоожиженной среды между печью газификации, главной камерой сгорания и камерой рекуперации тепла 2229073 С 2, Кл. 27 15/00, 23 10/02, 23 5/30, опубл. 20.05.2004. Использование печи для сжигания и газификации каменного угля в псевдоожиженном слое также предполагает тонкое измельчение угля для образования псевдоожиженного слоя и создания циркуляции псевдоожиженной среды между камерами печи. Наличие множества перегородок и отверстий в этих перегородках приведет к осаждению золы,сокращению размеров реакционной зоны, снижению производительности печи, быстрой остановке на капитальный ремонт. Количество образовавшейся золы будет возрастать,и она будет оседать в камерах печи,циркулирующий поток псевдоожиженной среды изменит скорость, значительно уменьшится, процесс сжигания угля будет весьма затруднен. Кроме того,зола не будет выводиться из агрегата для использования в изготовлении строительных материалов. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ переработки низкосортных углей путем комбинированного сжигания в энергетическом котле и далее полученные золошлак и золоунос перерабатываются в металлургической печи. Шлак металлургической печи гранулируют и направляют предприятиям стройиндустрии(МечевВ.В., Быстров В.П., Тарасов А.В. Автогенные процессы в цветной металлургии. - М. Металлургия, 1991. - . 399-400. Недостатком этого способа является двухстадийное сжигание низкосортных углей. На первой стадии уголь сжигается в энергетической котле, при этом уголь должен быть мелко измельчен, до крупности 20 мкм. Сжигание угля в таком котле не обеспечивает полноту процесса, количество несгоревшего углерода достигает 25-30. Далее, образовавшиеся после сжигания угля в котле золошлак и золоунос,перерабатываются в металлургической печи с получением шлаков, пригодных для производства стройматериалов. Комбинированный способ сжигания угля в две стадии осложнен необходимостью перемещения золошлака и золоуноса в металлургическую печь,что сопровождается большими материальными затратами, потерей тепла при перемещении горячих золистых материалов и на нагрев их в металлургической печи, а также значительным загрязнением окружающей среды. Кроме того, зола,образовавшаяся на первой стадии сжигания низкосортных углей в энергетическом котле, будет накапливаться и оседать в нем, что приведет к обязательной остановке котла, полученная зола не будет утилизироваться, в общем потребуются дополнительные затраты для ремонта котла,непрерывность процесса не будет обеспечена. Если же в низкосортных углях будут присутствовать такие редкие металлы как германий и галлий, то они безвозвратно потеряются при чистке энергетического котла. Разделение сжигания низкосортных углей на две стадии отрицательно скажется на утилизации тепла, так как тепло от сжигания углерода необходимо утилизировать на двух стадиях, и в каждом из агрегатов будет теряться некоторое количество тепла в окружающую среду. Достигаемым техническим результатом предлагаемого способа является повышение эффективности процесса переработки низкосортных углей. Указанный результат обеспечивается в способе переработки низкосортных углей, включающем плавку в металлургической печи при подаче кислорода с получением шлака, в котором угли перерабатывают способом плавки в жидкой ванне в печи, футерованной огнеупорным кирпичом, и процесс ведут с подачей известняка в количестве,обеспечивающем соотношение 2 в шлаке,равном 10,30,8. В предлагаемом изобретении способ осуществляется в одну стадию плавкой в жидкой ванне в печи, футерованной огнеупорным кирпичом, с подачей известняка. Утилизация тепла,полученного при таком способе сжигания, наиболее оптимальна, потери тепла в окружающую среду минимальны и выделившееся тепло с высоким к.п.д. будет полностью утилизировано. Сжигание низкосортных углей в одном печном пространстве позволяет избежать потерь тепла, повысить энергоотдачу, утилизировать минеральную фракцию топлива из одной ванны расплава и обеспечит попутное извлечение металлов. Введение в плавку известняка способствует получению шлаков оптимального состава для изготовления таких стройматериалов как гравий, легкий заполнитель,цемент, щебень. Кроме того, расширяется сырьевая база предприятий цветной металлургии из-за возможности извлечения из шлаков благородных и редких металлов. Замена двух этапов сжигания низкосортных углей на один, исключая операции измельчения угля до крупности 20 мкм, дожигания углерода с получением золы, позволит упростить процесс, сохранить окружающую среду от воздействия мелкой угольной пыли и золы,сократить вредные выбросы в атмосферу, улучшить экологические показатели региона. Введение известняка до заданного соотношения диоксида кремния и оксида кальция необходимо с целью получения шлаков оптимального состава,пригодных для производства стройматериалов, так как химические соединения, входящие в состав портландцемента 22 и 32,соответственно должны присутствовать в шлаках. Снижение соотношения в шлаках 2 менее 10,3 приведет к тому, что шлаковая составляющая не будет иметь вышеуказанную химическую формулу и полученный шлак не будет пригоден для производства стройматериалов. Повышение соотношения в шлаках 2 более 10,8 приведет к получению тугоплавкого шлака и нарушению технологического процесса. Таким образом,предлагаемый способ переработки низкосортных углей обеспечивает повышение эффективности процесса. К преимуществам способа относятся- переработка низкосортных углей с остаточным содержанием углерода в шлаке 0,001- высокий коэффициент использования тепла в производстве энергоносителя за счет использования способа плавки в жидкой ванне в печи Ванюкова,футерованной огнеупорным кирпичом- комплексное использование низкосортных углей, сохранение окружающей среды от тонкой угольной пыли и золы- получение силикатного шлака, используемого в стройиндустрии для изготовления стройматериалов. Примеры осуществления способа Для переработки в качестве низкосортного угля использовали шубаркольский уголь зольностью 24, содержащий 35 летучих и 10 влаги. Переработку осуществляли способом плавки в жидкой ванне в печи, футерованной огнеупорным кирпичом, с подачей кислорода. Температура процесса составила 1300 С, полученные шлаки анализировались на остаточный углерод,содержание диоксида кремния, оксида кальция. Навеска шихты включала уголь и известняк с содержанием СаСО 3 97 мас Пример 1. Перерабатывали 200 г шубаркольского угля, в печь подавали известняк в количестве 6,25 г с учетом содержания в самом угле оксида кальция 7 мас В результате опыта в шлаке, вес которого 51,5 г, содержание 2 43,8 или 22,6 г,содержание СаО в шлаке составило 13,12 мас. или 6,76 г (соотношение 20,3). Пример 2. Перерабатывали 200 г шубаркольского угля, в печь подавали известняк в количестве 27 г учетом содержания 7 мас. СаО в угле. В результате 3 эксперимента получен шлак весом 62,7 г,содержащий 36,0 2 или 22,6 г и 28,7 СаО или 18 г (соотношение 230,8). Пример 3. Перерабатывали 200 г шубаркольского угля, в печь подавали известняк в количестве 14,6 г с учетом содержания 7 мас. СаО в угле. В результате сжигания получен шлак весом 56,0 г,содержащий 40,35 2 или 22,6 г и 20,17 СаО или 11,3 г (соотношение 20,5). Полученные результаты по переработке низкосортного угля плавкой в жидкой ванне в печи,футерованной огнеупорным кирпичом,с получением шлака, свидетельствуют о том, что процесс протекает полностью, в шлаке нет несгоревшего углерода, его количество менее 0,001, состав шлака оптимален, содержит 22 и 3 О 2 в количестве 60-70 и является сырьем для изготовления строительных материалов. По предлагаемому способу в сравнении с прототипом, переработку низкосортного угля возможно проводить в одном промышленном агрегате с получением тепла и шлака, пригодного для производства строительных материалов. При этом отсутствуют предварительное измельчение угля до крупности 20 мкм, операция сжигания угля в энергетическом котле, утилизация золоносителя и золоуноса. Исключение этих операций позволяет значительно упростить процесс,сократить капитальные затраты, сохранить окружающую среду от загрязнения измельченным углем и золоуносом. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ переработки низкосортных углей,включающий плавку в металлургической печи при подаче кислорода с получением шлака,отличающийся тем, что угли перерабатывают способом плавки в жидкой ванне в печи,футерованной огнеупорным кирпичом, и процесс ведут с подачей известняка в количестве,обеспечивающем соотношение О 2 в шлаке,равном 10,30,8.