Библиографическое описание:

Сотникова И. В., Баротов А. А., Эргашева Д. К., Мукольянц А. А. Аспекты получения активных углей на Ново-ангренской тепловой электрической станции // Молодой ученый. — 2016. — №8. — С. 298-301.



В статье рассматриваются перспективные технологии производства активированного угля на тепловых электрических станциях.Предлагаемая технология активирования реализуется при предварительном отделении мелких частиц исходного угля с выводом их на основное пылесжигание в тепловырабатывающих установках и выделении узких фракций с подачей их в тепловырабатывающую установку на газофакельную термообработку для выделения влаги и летучих веществ, вывода активированного коксового остатка потребителю.

Ключевые слова: технология активирования угля, тепловые станции, себестоимость сорбента, сжигания угля, топка, многофункциональные горелки.

Известно, что углеродные материалы широко используются в областях химической промышленности в качестве адсорбентов, области применения их — это разделение и очистка газов, адсорбция из растворов (в пищевой и химической промышленности, очистка сточных вод, технологических растворов, масел, топлив и т. д.), применение в медицине, вакуумной технике, хроматографии, катализе [1]. В системах химводоподготовки и стоков воды промпредприятий, в том числе тепловых электрических станций (ТЭС) и котельных, в качестве сорбента используют также активированный уголь.

Особенности структуры углеродных материалов (пористая структура и химическое состояние поверхности), высокая механическая прочность, химическая, термическая и радиационная устойчивость являются несомненными преимуществами при решении важных технологических задач.

Одним из способов создания пористой структуры является увеличение поверхности угля. Это достигается как путем создания новых пор, так и путем освобождения имеющихся от содержащихся в них смолистых веществ.

Из-за больших расходов топлива, электроэнергии и потерь теплоты при производстве активированного угля, последний приобретает высокую стоимость.

Общие геологические запасы угля в Республике Узбекистан составляют более 4,8 млрд т, из которых разведанные — 1832,8 млн т. Запасы бурого угля, расположенные, в основном, в Ташкентской, Ферганской, Навоийской областях и в Каракалпакии, составляют 1786,5 млн т. Запасы каменного угля, находящиеся в южных регионах республики — в Сурхандарьинской и Кашкадарьинской областях, — 46,3 млн т. Прогнозные ресурсы угля — 323,4 млн т. В 2013 г. объем добычи угля в Узбекистане увеличился до 4,09 млн т (темп роста к уровню 2000 г. — 159,2 %, а к уровню 2012 г. — 101,3 %). В настоящее время добыча угля в республике ведется на трех месторождениях: Ангренском буроугольном месторождении, Байсунском и Шаргуньском каменноугольных месторождениях.

Узбекистан к 2016 г. планирует увеличить объем добываемого угля вдвое по сравнению с уровнем 2014 г. Обеспечению поставленной цели послужит реализация до 2018 г. в республике инвестпроектов, среди которых: модернизация ОАО «Шаргунькумир», обновление оборудования ОАО «Узбеккумир», строительство разреза «Апартак». Из общего объема добываемого угля в Узбекистане добыча каменного угля в ходе модернизации месторождений и расширения сырьевой базы может увеличиться до 900 тыс. т в 2020 г. против 20 тыс. т по итогам 2013 г. [2].

Себестоимость сорбента можно снизить, если организовать его производство с отбором части теплоты от тепла вырабатывающих установок непосредственно на самом промпредприятии (Ангренская и Ново-Ангренская ТЭС), работающих на углях Ангренского (бурый уголь), Шаргуньского и Байсунского (каменный уголь) месторождений, физико-химические характеристики которых приведены в табл. 1. [3].

Таблица 1

Физико-химические характеристики углей Шаргуньского иБайсунского месторождений

Шифр

Sуд, м2

Пикномет­рическая плотность, г/см3

Насыпная плотность, г/см3

Зольность, масс%

N, масс %

C, масс %

H, масс %

О, масс %

ТоС

Д

6,5±0,6

1,23± 0,13

0,65±0,06

3,5±0,3

2,6

72,0

6,4

19,0

260

Г

5,7±0,3

1,23± 0,15

0,52±0,05

2,4±0,2

2,8

73,85

6,3

17,5

290

К

6,9±0,3

1,27± 0,15

0,67±0,06

13,1±0,9

2,3

81,0

5,1

11,6

340

ОС

5,4±0,3

1,28± 0,15

0,59±0,05

8,0±0,8

2,0

81,4

5,2

11,4

320

СС

6,1±0,3

1,29± 0,15

0,58±0,05

11,6±0,9

1,9

81,9

4,6

11,6

330

Примечание: проведено физико-химическое изучение каменных углей следующих технологических марок:

Д (длиннопламенный),

Г (газовый), К (коксовый),

ОС (отощенно-спекающийся),

СС (слабоспекающийся).

При этом сохранить технологический цикл основного производства тепловой энергии и ограничить расход теплоты на активирование потребностью в сорбционном материале только нуждами упомянутых систем.

Предлагаемая технология активирования реализуется при предварительном отделении мелких частиц исходного угля (до 1 мм) с выводом их на основное пылесжигание в тепловырабатывающих установках и выделении узких фракций 1–2 мм; 3–5 мм; 6–8 мм и т. п. с подачей их в тепловырабатывающую установку на газофакельную термообработку для выделения влаги и летучих веществ, вывода активированного коксового остатка потребителю.

Опыт сжигания угля подтверждает, что при вводе в камеру частиц, имеющих значительные колебания размерных характеристик, качественный угольный сорбент из всей массы исходного материала получить нельзя: мелкие частицы прогорают полностью, а крупные выходят из процесса со следами недожога. Уменьшения обгорания угольного скелета частиц с уменьшением расхода исходного материала можно достичь лишь при фракционировании последнего с минимизацией размерного диапазона.

Выработка активированного угля может быть организована на ТЭС в вертикальной призматической топке парового котла с «многофункциональными» горелками, позволяющими работать как на газе, так и на угольной пыли [4].

Топка, представленная на рисунке 1, имеет традиционную конструкцию: содержит камеру 1 с экранированной фронтовой 2, задней 3 и боковыми 4, 5 стенами, потолочным перекрытием 6 и подом 7. Последний выполнен в виде «холодной воронки» — нисходящего диффузора с двухсторонними скатами, примыкающими к фронтовой и задней стенам. На фронтовой стене размещены, в частности, в один горизонтальный ряд многофункциональные горелки 8 с газовоздушными и пылеуглевыводящими каналами 9, 10. На задней стене напротив горелок установлены воздушные сопла 11, а также окно вывода газо- и пылеобразных продуктов сгорания 12.

При сжигании угольной пыли в топке образуется шлак, удаляемый через «холодную воронку» в шнековую систему шлакоудаления, постоянно наполненную проточной охлаждающей водой. Многофункциональные горелки реализуют рассредоточенный ввод в топку газовоздушных и пылеугольных потоков. Газовоздушные и пылеуглевыводящие каналы имеют вертикально-щелевую форму выходного сечения, вследствие чего в топку истекают системы спутных «плоских» газовоздушных, пылеуглевоздушных, либо чередующихся газопылеуглевоздушных струй. На горизонтальном участке топки в зоне активного горения развиваются соответствующие спутные факельные системы, позволяющие эффективно комбинировать и сжигать топливо различного вида и качества, в том числе и твердое с подсветкой газом в отсутствие шлакования, что очень важно при организации процесса активирования.

Рис. 1. Схема топки парового котла с многофункциональными горелками и системой активирования угля: а — продольный разрез, б — вид А на фронтовую стену с горелками, 1 — рабочая камера, 2, 3, 4, 5 — фронтовая, задняя и боковые стены, 6 — потолочное перекрытие, 7 — под с «холодной воронкой», 8 — многофункциональные горелки, 9 — каналы для ввода исходного материала на активирование, 10 — каналы для ввода газа и воздуха, 11 — дополнительные воздушные сопла, 12 — выходное окно камеры, 13 — паровые сопла, 14 –система сбора и охлаждения горячего активированного материала, 15 — экранные трубы; 16 — область восходящих потоков газов.

Технология активирования предусматривает фракционирование и подачу угольных частиц размером 2–3 мм, 3–4 мм и т. п. в зону нагрева, вывод и охлаждение коксового остатка, продувку воздухом, продуктами сгорания и паром. Для организации этих элементов технологии необходима частичная модернизация существующего вспомогательного оборудования котлов. Отбор угольных частиц требуемых размеров организуют из системы возврата мельничных устройств ТЭС и котельных, работающих в режимах вывода загрубленной пыли. Отобранные фракции направляют в промбункер исходных частиц, откуда через питатели потоками воздуха в смеси с продуктами сгорания котла (газами рециркуляции), либо только последними, подают в пылеуглевыпускающие каналы топочной камеры. Фракционирование может быть реализовано также в системах приема и конвейерной подачи топлива в котлы; кроме того, уголь необходимых фракций может доставляться на ТЭС поставщиком. В топке предусмотрено дополнительное воздушное дутье в направлении нисходящего циркуляционного потока вдоль ската холодной воронки (в частности, путем наклона воздушных сопл, размещенных на задней стене напротив пылеуглевыводящих каналов многофункциональных горелок), а также парообработка коксовых частиц и их охлаждение, сбор и отправку потребителю (рис. 1).

Система сбора и охлаждения активированных частиц (поз. 14 на рис. 1) встраивается в подтопочное пространство котла, изначально рассчитанного на сжигание пыли, на место исходной системы шнекового шлакоудаления; последняя при необходимости восстанавливается. Возможен вариант использования существующей системы шлакоудаления при кожуховодном или воздушном ее охлаждении.

Нагрев частиц в топке осуществляется при определенных тепловой нагрузке и температурном фоне в зоне активного горения, поддерживается системой спутных газовых факелов многофункциональных горелок с регулируемыми температурными характеристиками. Скорость воздушных потоков на выходе из газовоздушных каналов (20–30 м/с), скорость истечения газовых струй из сопловых насадок (90–150 м/с) — соответствуют регулируемым диапазонам этих параметров в период работы котла в обычных режимах выработки пара. Потоки активируемых частиц вводят в межфакельные «коридоры»; их средняя скорость для выдерживания времени активирования не должна превышать 4–5 м/с.

Таким образом, при ведении процесса активирования непрерывно вырабатывается теплота — основной продукт котельной установки. В выработке теплоты участвуют летучие горючие вещества активируемого угля. Использование летучих веществ активируемого материала в выработке теплоты обуславливает пропорциональную экономию газа. Окончательный выбор параметров активирования определяется в процессе наладки. Эти параметры во многом зависят от теплофизических свойств вводимых угольных частиц.

Литература:

  1. Бекаев Л. С., Марченко О. В. и др. — Мировая энергетика и переход к устойчивому развитию. — Новосибирск: Наука, 2000, 300 с.
  2. Плакиткина Л. С. Развитие угольной промышленностив республиках Средней Азии в постсоветский периоди тенденции их перспективного развития.– М.: Уголь, 2015. с.69–72.
  3. Раимжанов Б. Р., Якубов С. И. К вопросу повышения эффективности технологии ПГУ на Ангренской станции «Еростигаз». В кн. «Современная техника и технология горно-металлургической отрасли и пути их развития», материалы конференции. Навои, 2006. с.16–19.
  4. Бухаркина Т. В., Вержичинская С. В., Дигуров Н. Г., Туманян Б. П. Химия природных энергоносителей и углеродных материалов. М.: Техника, 2009.
Основные термины (генерируются автоматически): активированного угля, частиц исходного угля, активирования угля, добываемого угля, сжигания угля, каменного угля, мелких частиц исходного, угольных частиц, отделении мелких частиц, активированного коксового остатка, технология активирования угля, вывода активированного коксового, производства активированного угля, многофункциональные горелки, производстве активированного угля, коксового остатка потребителю, Выработка активированного угля, объем добываемого угля, выделении узких фракций, Запасы каменного угля.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос