Спосіб отримання очищенного вугілля в технологічному процесі його піготовки до спалювання на тес

1. Спосіб отримання очищеного вугілля в технологічному процесі його підготовки до спалювання на ТЕС, де використовують електромагнітний кріосепаратор, який відрізняється тим, що електромагнітний кріосепаратор з високим значенням коефіцієнта сепарації встановлюють в розрив системи підготовки пилу і його подачі до пальників після циклону вугільного пилу котлоагрегату. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що при очищенні пиловугільного палива (ПВП) з виходом 3 рібнення вугілля, що поставляється на ТЕС). Майже повне розкриття піритових і зольних включень можливо лише при подрібненні твердого палива до розмірів менше 100 мкм, яке не може бути здійснено в технологічному процесі на вуглезбагачувальних фабриках. Крім цього, таке тонке подрібнення, роблячи неможливим транспортування вугільного пилу без прийняття спеціальних заходів (наприклад, брикетування), різко підвищує сумарну поверхню вугільного палива і, отже, його швидке окислення Найбільш поширеним відомим способом видалення діоксиду сірки з димових газів є абсорбція його водними розчинами, суспензіями різних оксидів і солей (мокрий метод) [2] або твердими сорбентами (сухий метод) з подальшою їх регенерацією [3]. Як сорбенти найчастіше використовують вапно, аміак, соду, вапняк, оксид алюмінію. Відомо, що діоксид сірки можна видаляти також за допомогою адсорбції на активованому вугіллі з подальшою регенерацією адсорбенту і подальшим використанням діоксиду сірки в процесі Клауса [4]. Недоліками мокрих способів очищення є їх невисока інтенсивність і, як наслідок, велика металоі енергоємність, а також отримання у великих кількостях побічного продукту, який потрібно утилізувати. Застосування сухого методу очищення з наступною регенерацією адсорбентів вимагає менше капітальних витрат, але експлуатаційні витрати значно вище. Загальними недоліками зазначених методів є їх дорожнеча, а також складне технологічне оформлення, що вимагає великих додаткових площ, що при модернізації діючих котлоагрегатів для більшості ТЕС України не здійснимо без повного перепроектування станції. З іншого боку відомо [1], що при роботі на вугільного пилу погіршеної якості з відносно високим показником зольності знижується надійність роботи котлів через погіршення стійкості займання і горіння в топці, виникають труднощі з виходом рідкого шлаку, шлакування, корозія і підвищений абразивний знос поверхонь нагріву, забивання конвективної шахти і обмеження по тязі, що призводить до зниження потужності енергоблоків. Для підтримки стійкості горіння і покриття дефіциту пилу в цьому випадку потрібні підвищені витрати мазуту - до 40 % по теплоті і більше. Знижується надійність і ефективність роботи газоочисного обладнання, зокрема електрофільтрів, як внаслідок збільшення концентрації золи в димових газах, так і у зв'язку з погіршенням її електростатичних властивостей, швидко виробляються ємності золовідвалів. За даними роботи [1] при зменшенні зольності в два рази механічний недопал зменшується в 3,7 рази, а витрати електроенергії на власні потреби знижується в 1,6 рази. Тобто, спалювання вугільного пилу погіршеної якості призводить однотимчасово і до екологічних проблем, вирішення яких не завжди можливо навіть з допомогою дорогих технологій мокрої сіркоочистки, і до неефективної роботи котлоагрегатів. Обидві ці проблеми вирішуються запропонованим способом отримання очищеного вугілля в технологічному процесі його підготовки до спалювання на ТЕС. 66419 4 Найбільш близьким до пропонованого способу є технологія очищення вугілля із застосуванням установки MagMill™ [5], в якій об'єднані млин тонкого помелу і сухий електромагнітний кріосепаратор, що працюють в комплексі в процесі приготування вугільного пилу для спалювання. У процесі роботи установки MagMill™ з млина вилучається частина накопичуваних шкідливих мінералів і пропускається через сухий магнітний кріосепаратор, що знаходиться поза млина. Кріосепаратор очищає вугілля і повертає назад в млин тонкого помелу очищене вугілля для додаткового грохочення та одночасно видаляє шкідливі мінеральні домішки, які в іншому випадку потрапили б у пальники. Установка працює в такий спосіб: завантажене вугілля падає ззовні на стіл грохочення, який знаходиться всередині млина тонкого помелу. На столі, який обертається, вугілля розсипається і розмелюється під впливом спеціальних роликів. У млин надходить гаряче повітря і проходить навколо столу, піднімаючи найдрібнішу фракцію вугілля з млина в класифікатор, що знаходиться у верхній частині установки. Вугілля більшого розміру повертається на стіл грохочення, в той час як дрібні часточки видуваються на пальники. Продуктивність установки - 1,2 т/год. Оцінена нами вартість такої установки не менше 3 млн. дол. США. Недоліком технології MagMill™ є принципова неможливість використання її на діючих ТЕС, оскільки її впровадження передбачає розробку принципово нових схем підготовки пилу і його подачі до пальників, що пов'язано з капітальними витратами, порівняними з будівництвом нового помольного цеху і реконструкцією усієї системи подачі пилу до котлоагрегату. Крім цього, для котлоагрегату потужністю, наприклад, 150 МВт, буде потрібно не менше 50-ти таких установок, що робить впровадження цієї технології нерентабельним. Задача корисної моделі - економічно виправдане підвищення екологічних і техніко-економічних показників роботи діючих котлоагрегатів ТЕС без суттєвих змін технологічних схем. Задача вирішується тим, що на діючих ТЕС в розрив системи підготовки пилу і його подачі до пальників після циклону вугільного пилу котлоагрегату встановлюється надсильний електромагнітний сепаратор, наприклад, барабанний магнітний сепаратор Дескос зі надпровідною магнітною системою фірми "Клекмер-Гумбольдт-Дейц [6], з високим значенням коефіцієнта сепарації парамагнітних часток (зольної частини пиловугільного палива і піритових домішок), за допомогою якого можна отримати "чисте вугілля" у безперервному режимі безпосередньо в технологічній схемі пилоподачі палива перед його спалюванням у топці котла. Принципова технологічна схема, що ілюструє суть корисної моделі, наведена на кресленні. Корисна модель працює наступним чином: З виходу циклону вугільного пилу котлоагрегату (1) за допомогою перемикача потоків (2), вугіль 5 ний пил секторним живильником (3) спрямовується на залізоуловлювач (4), що необхідно для захисту феромагнітних матриць сепаратора від металевих часток вугільного пилу, що утворюються в результаті стирання пилопроводів і куль в млині. З залізоуловлювача пил за допомогою аерожолоба (5) подають в електромагнітний кріосепаратор (6), в якому під дією сильного магнітного поля близько 4-6 Тл парамагнітні сірковмісні частки FeS і FeS2 та мінеральні домішки палива (магнітна фракція) затримуються на матрицях, а збагачене і знесірчене паливо надходить на уловлювання в інерційний пиловловлювач (7) і потім у бункер (16) вугільного пилу енергоблоку. Магнітні продукти уловлювання залізоуловлювача (4) через клапанмигалку залізоуловлювача (14) та бункер феромагнітного продукту (15) надходять на відвантаження та наступну реалізацію металургійним підприємствам. Для забезпечення надійності та безперервності роботи енергоблоку діючий пилепровід на ділянці циклон (1) - бункер пилу (16) зберігається. У разі неполадок в технологічному обладнанні системи кріомагнітної сепарації палива за допомогою перемикача потоків (2) і клапану-мигалки (12) відновлюється проектна система пилеприготування палива. Вловлену феромагнітними матрицями електромагнітного кріосепаратора магнітну фракцію очищаемого пилу через циклон магнітної фракції (8) і клапан-мигалку (13) розвантажують в штатну систему гідрозоловидалення. Тонкий пил магнітної фракції з циклону (8) подають на вхідні газоходи електрофільтра енергоблока, де він вловлюється і також скидається в діючу систему гідрозоловидалення. Для забезпечення транспорту вугільного пилу через електромагнітний кріосепаратор, що працює під розрідженням, вхід сепаратора (точка А) аеродинамічно через аерожолоб (5) з'єднують з атмосферою, або з трубопроводом димових газів, а вихід очищеної фракції ПВП (точка В) через інерційний пиловловлювач (7) підключають до всмоктуючого пилепроводу станційного млинового вентилятора (11). Вихід магнітної фракції вугільного пилу (точка С) через циклон-магнітної фракції (8) і золоуловлювач котла (9) з'єднують з основним димососом котла (10). Транспорт вугільного пилу через сепаратор здійснюється за рахунок різниці тисків на вході і виході сепаратора. Транспортуючим агентом очищуваного вугільГ ного пилу для вугілля з виходом летючих газів V 30 % (марки Г, Д) - інертний димовий газ, що запобігає можливості самозаймання вугільного пилу малометаморфізованих марок вугілля. Виконані для котлоагрегату № 9 Придніпровської ТЕС і котлоагрегату № 1 Запорізької ТЕС аеродинамічні розрахунки їх систем пилоприготування і пилеподачі з включенням до них електромагнітного кріосепаратора показують, що робота млинового вентилятора і димососа забезпечує перепад тиску між точками А і В і між точками А і С 66419 6 не менше 3430 Па, що достатньо для організації необхідного аеродинамічного режиму роботи електромагнітного кріосепаратора з видалення з нього очищеного вугільного пилу та магнітної фракції. Як видно з наведеного аналізу, пропонований спосіб є істотно новим як за реалізованим методом зниження викидів котлоагрегатами оксидів сірки, так і за принципово новою технологією організації пилоприготування, яка відрізняється включенням в розрив існуючої технологічної схеми подачі пилу до пальників спеціального електромагнітного сепаратора. Корисна модель ілюструється такими прикладами: Об'єкт 1 - котлоагрегат ст. № 9 Придніпровської ТЕС потужністю 150 МВт, тип котла - ТП-109. Використовуване тверде паливо - вугілля АШ, зольність на робочу масу - 25,52 %, вміст загальної сірки на робочу масу - 2,03 %, вологість на робочу масу - 8,03 %. Об'єкт 2 - котлоагрегат ст. № 1 Запорізької ТЕС потужністю 300 МВт, тип котла - ТП-312А. Використовуване тверде паливо - вугілля марки Г, зольність на робочу масу - 19,39 %, вміст загальної сірки на робочу масу - 1,05 %, вологість на робочу масу - 12,26 %. Прийняті параметри роботи електромагнітного сепаратора: Коефіцієнт збагачення по золі - 50 %; Коефіцієнт збагачення по піритової сірці - 90 %. Виконані теплотехнічні розрахунки по нормативному методу і теплофізичні розрахунки процесу факельного горіння пиловугільного палива в топках котлів у рамках теорії теплового режиму горіння без і з електромагнітною кріосепарацією пиловугільного палива безпосередньо в системі пилепідготовці і пилеподачі дали наступні результати: По котлоагрегату № 9 Придніпровської ТЕС: Введення в систему пилеподачі кріомагнітної сепарації призводить до: 1. Зниження витрати палива при збереженні номінальних параметрів роботи топки на 41560 т/рік при 5000-годинному річному режимі роботи котлу. При умовної розрахункової вартості АШ - 600 грн/тонна річна економія складе 24 млн. 936 тис. грн. тільки за цим показником. 2. Суттєвого зниження вмісту SO2 в димових -3 3 газах зі значення 14*10 м /кг до значення -3 3 4,618*10 м /кг. 3. Економії природного газу - близько 34 млн. 3 м /рік; 4. Зниження викидів золодобавок - на 1428 т/рік; 5. Зниження зольності вугільного палива на 12,7 % і підвищення теплотворної здатності зі значення QНР = 5107 ккал/кг до значення QНР = 6098 ккал/кг По котлоагрегату № 1 Запорізької ТЕС: Введення в систему пилеподачі кріомагнітної сепарації призводить до: 1. Зниження витрати палива при збереженні номінальних параметрів роботи топкового агрегату 7 на 91800 т/рік. при 5000-годинному річному режимі роботи котла. При умовної розрахункової вартості вугілля марки Г - 500 грн/тонна річна економія складе 45 млн. 800 тис. грн/рік тільки за цим показником. 2. Суттєвого зниження вмісту SO2 в димових -3 3 газах зі значення 7,36*10 м /кг до значення -3 3 3,59*10 * м /кг. 3. Зниження викидів твердих золових часток більше ніж на 50 % 4. Підвищення теплотворної здатності фактично використаного палива зі значення QНР = 5000 ккал/кг до значення QHP = 5761 ккал/кг. Джерела інформації: 1. В.І. Бабій, Ю.П. Артем'єв, І.І. Волков "Вплив якості антрацитового штибу на роботу котлів" в сб. наукових праць ВТІ, М.: Вища школа, 1984. - С 4147. 2. Деклараційній патент № 88845 25.11.2009р. Комп’ютерна верстка А. Крулевський 66419 8 (А200809396) Сігал І.Я., Сміхула А.В., Копчено В.О., Дубошій О.М., Домбровський Є.П. "Спосіб мокрої очистки димових газів вугільних котлів від оксидів сірки". 3. Ришков Е. Захист повітряного басейну від викидів підприємств чорної металургії. - М.: Чорна металургія, 1979. - С 239. 4. U. Cleve. Elsatz von AC=Katalysatoren zur NOx-Minderung und Erzengung von SO2-flussing mit dem Erga-Petersen-Proze . Vortragsveroff. Haus Techn. Essen, 1986, N 500, s.59-65. 5. Патент США № 6,820,829 (від 23 листопада 2004 року) Південна Америка 2002/6310 (жовтень 2003 року). 6. Кармазін В.В., Кармазін В.І. "Магнітні та електричні методи збагачення", М.: Недра, 1988. С. 183. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601