RU2743929C1

RU2743929C1 - Method of producing coal-water fuel

Info

Publication number: RU2743929C1
Application number: RU2020127825A
Authority: RU
Inventors: Игорь Нисонович Швецов
Original assignee: Игорь Нисонович Швецов
Priority date: 2020-08-19
Filing date: 2020-08-19
Publication date: 2021-03-01

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: invention discloses a method of producing coal-fired fuel, which includes steps of crushing coal, wet milling, mixing with water to produce a coal-water suspension, stabilization of crushed coal and dehydration, characterized by that wet grinding of coal is carried out to size of 100-150 mcm, and coal dehydration is carried out in centrifuge on moving renewable filtering surface with free cross-section of 40-50% at rotor rpm of 200-250 min-1to moisture content of 5-7%, wherein the recovered liquid (fugate) after dehydration is returned to the mixing step.EFFECT: technical result consists in improvement of calorific value of fuel in 1.40-1.55 times with reduction of moisture content.1 cl, 1 dwg, 1 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к топливной энергетики, а именно к способам получения топлива на основе тонкодисперсного угля и воды, которое может быть использовано для сжигания в котлах, печах и других установках объектов теплоэнергетики.The invention relates to fuel energy, in particular to methods for producing fuel based on fine coal and water, which can be used for combustion in boilers, furnaces and other installations of heat power facilities.

Известен способ получения водоугольного топлива, включающий дробление угля до крупности 3 мм, физико-механическую деминерализацию и гомогенизацию, мокрое измельчение до крупности (0,2-0,3) мм, химическую деминерализацию неорганической кислотой с получением реакционной массы, из которой выделяют низкозольный измельченный уголь и нейтрализуют его аммиаком, см. RU Патент №2192449, МПК C10L 1/32 (2000.01), 2002.A known method for producing coal-water fuel, including crushing coal to a particle size of 3 mm, physicomechanical demineralization and homogenization, wet grinding to a particle size of (0.2-0.3) mm, chemical demineralization with inorganic acid to obtain a reaction mass, from which low-ash crushed coal and neutralize it with ammonia, see RU Patent No. 2192449, IPC C10L 1/32 (2000.01), 2002.

Недостатком данного способа является высокое содержание жидкости в угольном топливе перед подачей его на сжигание.The disadvantage of this method is the high liquid content in coal fuel before feeding it for combustion.

Известен способ получения водоугольного топлива, включающий сухое измельчение предварительно дробленого угля крупностью менее 3 мм в роторно-вихревой мельнице до частиц размером менее 20 мкм, одновременную сепарацию от минеральных компонентов и гидрофобизациию с последующим смешиванием с водой и получением в гидравлическом диспергаторе коллоидной гидросмеси, содержащей 70-80 мас. % и более твердой фазы с частицами менее 5 мкм, см. RU Патент №2167189, МПК C10L 1 /32 (2000.01), 2001.A known method for producing coal-water fuel, including dry grinding of pre-crushed coal with a particle size of less than 3 mm in a rotary vortex mill to particles less than 20 microns in size, simultaneous separation from mineral components and hydrophobization, followed by mixing with water and obtaining a colloidal slurry in a hydraulic disperser containing 70 -80 wt. % and more solid phase with particles less than 5 microns, see RU Patent No. 2167189, IPC C10L 1/32 (2000.01), 2001.

Недостатком данного способа является невозможность получения водоугольного топлива с высоким содержанием жидкости перед подачей его на сжигание в теплоэнергетических установках.The disadvantage of this method is the impossibility of obtaining coal-water fuel with a high liquid content before feeding it for combustion in heat and power plants.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является способ получения водоугольного топлива из ископаемого угля, включающий дробление угля, его мокрое измельчение до коллоидного размера частиц с получением водоугольной суспензии со средним поверхностным размером дисперсной фазы не более 3 мкм, разбавление полученной суспензии водой до концентрации угля 1-3%, ступенчатую деминерализацию измельченного угля для снижения его зольности с образованием первичного и вторичного продуктов, последующую их деминерализацию и обезвоживание, см. RU Патент №2178455, МПК C10L 1/32 (2000.01), 2002.The closest in technical essence and the achieved result is a method for producing coal-water fuel from fossil coal, including crushing coal, wet grinding it to a colloidal particle size to obtain a coal-water suspension with an average surface size of a dispersed phase of no more than 3 microns, diluting the resulting suspension with water to a coal concentration 1-3%, stepwise demineralization of crushed coal to reduce its ash content with the formation of primary and secondary products, their subsequent demineralization and dehydration, see RU Patent No. 2178455, IPC C10L 1/32 (2000.01), 2002.

Недостатком данного способа является низкая теплотворная способность водоугольного топлива, снижающая коэффициент полезного действия теплоэнергетических установок.The disadvantage of this method is the low calorific value of coal-water fuel, which reduces the efficiency of thermal power plants.

Указанный недостаток обусловлен высокой влажностью топлива перед подачей его на сжигание. С увеличением влажности уменьшается теплота сгорания рабочего топлива. Затраты тепла на испарение влаги топлива, а также увеличенный объем продуктов сгорания при повышенной его влажности являются причиной снижения температуры в топке, замедленного выделения летучих (увеличиваются потери от химической неполноты сгорания).This disadvantage is due to the high moisture content of the fuel before feeding it for combustion. With an increase in humidity, the heat of combustion of the working fuel decreases. The consumption of heat for evaporation of moisture in the fuel, as well as an increased volume of combustion products with increased moisture content, are the reason for a decrease in temperature in the furnace, slow release of volatiles (losses from chemical incompleteness of combustion increase).

Технической проблемой является то, что водоугольное топливо перед подачей его в теплоэнергетические установки обладает низкой теплотворной способностью, вследствие повышенной влажности.A technical problem is that coal-water fuel, before being fed to heat power plants, has a low calorific value due to high humidity.

Техническая проблема повышения теплотворной способности водоугольного топлива, за счет уменьшения влажности, решается способом получения водоугольного топлива, включающим стадии дробления угля, его мокрое измельчение, смешивание с водой для получения водоугольной суспензии, стабилизацию измельченного угля и обезвоживание, согласно изобретению мокрое измельчение угля осуществляют до размеров 100-150 мкм, а обезвоживание производят в центрифуге на движущейся обновляемой фильтрующей поверхности со свободным сечением 40-50% при числе оборотов ротора 200-250 мин^-1 до влажности 5-7%, при этом отведенную жидкость (фугат) после обезвоживания возвращают на стадию смешивания.The technical problem of increasing the calorific value of coal-water fuel, by reducing moisture, is solved by a method for producing coal-water fuel, including the stages of crushing coal, its wet grinding, mixing with water to obtain a coal-water suspension, stabilizing the crushed coal and dehydration, according to the invention, wet grinding of coal is carried out to sizes 100-150 microns, and dehydration is carried out in a centrifuge on a moving renewable filtering surface with a free section of 40-50% at a rotor speed of 200-250 min ^-1 to a moisture content of 5-7%, while the withdrawn liquid (centrifuge) after dehydration is returned to mixing stage.

Решение технической задачи позволяет организовать непрерывное обезвоживание угольного топлива в замкнутом цикле и снизить влажность водоугольного топлива с 30-40% до 5-7% и затраты на испарение воды в 10,3-36,0 раз.The solution of the technical problem makes it possible to organize continuous dehydration of coal fuel in a closed cycle and to reduce the moisture content of coal-water fuel from 30-40% to 5-7% and the cost of water evaporation by 10.3-36.0 times.

Заявляемый способ поясняется примерами конкретного исполнения.The inventive method is illustrated by examples of specific execution.

Пример 1.Example 1.

Угольное сырье в виде кусков поступает в дробильную установку 1, где осуществляют его предварительное измельчение до размеров 10-12 мм, и далее в накопительную емкость 2. Измельченный уголь транспортером 3 и воду из емкости 5 подают в гидроударный узел 4 установки мокрого помола, см. фиг. 1. Мокрое измельчение угольных частиц производят до размеров 150 мкм. Полученную суспензию разбавляют водой до концентрации угля 60-65% по массе, смешивают со стабилизирующими добавками в количестве 0,2-0,4% от массы твердой фазы, поступающими из емкости 6, и гомогенизируют угольное топливо в емкости 7. В качестве стабилизирующей добавки может быть использована, например, карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ).Coal raw material in the form of lumps enters the crushing plant 1, where it is pre-crushed to a size of 10-12 mm, and then into the storage tank 2. The crushed coal by the conveyor 3 and water from the tank 5 are fed to the hydropercussion unit 4 of the wet grinding unit, see fig. 1. Wet grinding of coal particles is carried out to a size of 150 microns. The resulting suspension is diluted with water to a coal concentration of 60-65% by weight, mixed with stabilizing additives in an amount of 0.2-0.4% by weight of the solid phase coming from tank 6, and coal fuel is homogenized in tank 7. As a stabilizing additive can be used, for example, carboxymethyl cellulose (CMC).

На стадии обезвоживания водоугольное топливо через загрузочное устройство поступает в ротор 8 центрифуги, образованный ленточными транспортерами с бесконечными фильтрующими поверхностями 9. По внутреннему радиусу ротора фильтрующая поверхность непрерывная, а по наружному - со свободными промежутками. При вращении ротора с числом оборотов 200 мин^-1 и при скорости движения фильтрующей поверхности 0,015-0,02 м/с, свободное сечение которой составляет 40%, жидкость за счет центробежных сил отфильтровывается из угольной суспензии и удаляется из центрифуги через окна 10 и патрубок 11. Отфильтрованную жидкость (фугат) возвращают в емкость для воды 5.At the stage of dehydration, coal-water fuel through the loading device enters the centrifuge rotor 8, formed by belt conveyors with endless filtering surfaces 9. The filtering surface is continuous along the inner radius of the rotor, and with free gaps along the outer radius. When the rotor rotates with a speed of 200 min ^-1 and at a speed of movement of the filtering surface of 0.015-0.02 m / s, the free section of which is 40%, the liquid is filtered out of the coal suspension due to centrifugal forces and is removed from the centrifuge through windows 10 and a branch pipe 11. The filtered liquid (centrate) is returned to the water tank 5.

Механически обезвоженный уголь до влажности 7% удаляют из центрифуги через окна 12 и патрубок 13 и направляют на форсунку 14 теплоэнергетической установки 15.Mechanically dewatered coal to a moisture content of 7% is removed from the centrifuge through the windows 12 and the branch pipe 13 and directed to the nozzle 14 of the heat power plant 15.

Пример 2 аналогичен примеру 1, отличие состоит в том, что угольные частицы измельчают до размеров 125 мкм и после разбавления водой до 60-65% по массе, введения стабилизирующей добавки в количестве 0,2-0,5% от массы твердой фазы и гомогенизации подают в ротор 8 центрифуги на обезвоживание. Разделение жидкой и твердой фаз осуществляют при числе оборотов ротора 225 мин^-1, скорости движения фильтрующей поверхности 0,015-0,02 м/с и ее свободным сечением 45%. Обезвоженный уголь до влажности 6% направляют на форсунку 14 теплоэнергетической установки 15.Example 2 is similar to example 1, the difference is that the coal particles are crushed to a size of 125 microns and after dilution with water to 60-65% by weight, the introduction of a stabilizing additive in an amount of 0.2-0.5% by weight of the solid phase and homogenization served in the rotor 8 of the centrifuge for dehydration. Separation of liquid and solid phases is carried out at a rotor speed of 225 min ^-1 , a filtering surface speed of 0.015-0.02 m / s and its free section of 45%. Dehydrated coal to a moisture content of 6% is directed to the nozzle 14 of the heat power plant 15.

Отфильтрованную жидкость (фугат) возвращают в емкость для воды 5.The filtered liquid (centrate) is returned to the water tank 5.

Пример 3 аналогичен примеру 1,Example 3 is similar to example 1,

отличие состоит в том, что угольные частицы измельчают до размеров 100 мкм и после разбавления водой до 60-65% по массе, введения стабилизирующей добавки в количестве 0,2-0,5% от массы твердой фазы и гомогенизации подают в ротор 8 центрифуги на обезвоживание. Разделение жидкой и твердой фаз осуществляют при числе оборотов ротора 250 мин-1, скорости движения фильтрующей поверхности 0,015-0,02 м/с и ее свободным сечением 50%. Обезвоженный уголь до влажности 5% направляют на форсунку 14 теплоэнергетической установки 15.the difference is that the coal particles are crushed to a size of 100 microns and after dilution with water to 60-65% by weight, the introduction of a stabilizing additive in an amount of 0.2-0.5% by weight of the solid phase and homogenization is fed into the rotor 8 of the centrifuge for dehydration. Separation of liquid and solid phases is carried out at a rotor speed of 250 min-1, a filter surface speed of 0.015-0.02 m / s and its free section of 50%. Dehydrated coal to a moisture content of 5% is directed to the nozzle 14 of the heat power plant 15.

Теплотворную способность водоугольного топлива, полученного по примерам конкретного выполнения, определяли расчетным методом. Поскольку энергия от сгорания угля тратится на энергию фазового перехода воды из жидкого состояния в газообразное, то точное значение затраченной энергии рассчитывается исходя из теплотворной способности угля. Для углей большинства марок можно считать, что на каждые 10% влаги тратится 1% теплотворной способности угля. Расчеты производились для ископаемого угля Донецкого угольного бассейна имеющего теплотворную способность 6600 ккал/кг при влажности 4%.The calorific value of coal-water fuel obtained according to examples of a specific embodiment was determined by a calculation method. Since the energy from the combustion of coal is spent on the energy of the phase transition of water from a liquid to a gaseous state, the exact value of the expended energy is calculated based on the calorific value of coal. For coals of most grades, it can be assumed that for every 10% of moisture, 1% of the calorific value of coal is spent. The calculations were made for the fossil coal of the Donetsk coal basin with a heating value of 6600 kcal / kg at a moisture content of 4%.

Данные по изменению теплотворной способности водоугольного топлива в зависимости от влажности, полученной заявленным способом, в сравнении со значениями способа-прототипа, представлены в таблице 1.Data on the change in the calorific value of coal-water fuel, depending on the moisture obtained by the claimed method, in comparison with the values of the prototype method, are presented in table 1.

Из таблицы видно, что в результате использования совокупности признаков заявляемого объекта способа приготовления водоугольного топлива теплотворная способность топлива увеличивается в 1,40-1,55 по сравнению с прототипом.The table shows that as a result of using a set of features of the proposed object of the method for preparing coal-water fuel, the calorific value of the fuel increases by 1.40-1.55 compared to the prototype.

Claims

A method for producing coal-water fuel, including the stages of crushing coal, its wet grinding, mixing with water to obtain a coal-water suspension, stabilization of crushed coal and dehydration, characterized in that the wet grinding of coal is carried out to a size of 100-150 microns, and dehydration is carried out in a centrifuge on a moving the renewed filtering surface with a free section of 40-50% at a rotor speed of 200-250 min ^-1 to a moisture content of 5-7%, while the withdrawn liquid (centrate) is returned to the mixing stage after dehydration.