На территории Казахстана сосредоточены огромные залежи бурых и каменных углей разной стадии метаморфизма, которые широко используются в основном для получения кокса, применяемого в металлургической промышленности и для энергетических целей. Но эти запасы углей в настоящее время используются недостаточно эффективно, так как используются основная масса угля, а шламы углей не перерабатываются. Развитие технологии ставит перед учеными вопрос о разработке оптимальных технологии переработки и использования углей. Принципиально важным решением для угольной энергетики может стать переход от прямого сжигания угля, к приготовлению из углей различных качеств, в том числе и из отходов углеобогащения, водоугольного топлива [1].

Водоугольное топливо — это смесь (суспензия) из мелкоизмельчённого угля и воды. В ряде случаев в состав суспензии могут быть включены различные добавки, изменяющие стабильность, вязкость или иные свойства ВУТ. ВУТ может использоваться в качестве замены мазута, газа и угля. Основные преимущества ВУТ в снижении топливных затрат по сравнению с мазутом и газом, а также снижению вредных выбросов, прежде всего NO_x и технологических удобств использования угля в жидкой форме. Нами предложена технология переработки углей с помощью электрогидроимпульсной технологии. С помощью электроразряда в жидкости можно мелко измельчить угля до определенной фракции [2, 3].

Сущность этого способа состоит в том, что внутри объема жидкости находится в открытом или закрытом сосуде специально сформированное импульсное электричество в виде разряда (искрового, кистевого и др.). В зоне образования возникают сверхвысокие гидравлические давления, которые способны совершать полезную механическую работу и сопровождаются комплексом физических и химических явлений [4].

В лаборатории была подготовлена электрогидравлическая установка для обработки угля. Электрогидроимпульсная установка выполнена в виде конструктивных агрегатов, состоящих из генератора импульсных напряжении, управляемого разрядника, ячейки, блока поджига, делителя напряжения, токового шунта и пульта управления. Схема электрогидроимпульсной установки и отдельные агрегаты приведены на рисунке 1.

Рис. 1. Блок-схема электрогидроимпульсной установки

Экспериментальный стенд работает следующим образом. После включения пульта управления подается управляющее напряжения и генератор вырабатывает высоковольтные импульсы напряжения заданной энергии, которые через управляемый разрядник и высоковольтные линии передаются на электродную систему рабочей ячейки участка с объектом исследования [5].

Рис. 2. Рабочая ячейка предназначенная для дробления: 1 – крышка рабочей ячейки, 2 — электрод положительной полярности, 3 — металлический стержень отрицательной полярности

Также в лаборатории была подготовлена рабочая ячейка электрогидравлической установки для обработки угля. Внутри ячейки установлены два измерительных электрода, один из них неподвижный, а второй был закреплен на микрометрический винт для регулировки расстояния между электродами. На рисунке 2 показан общий вид ячейки предназначенная для дробления угля [6].

В проведенных экспериментах определялись оптимальные параметры дробления угля при различных электрических параметрах электрогидроимпульсной установки.

На рисунке 3 (а, б, в) показаны графики зависимости степени измельчения от межэлектродного расстояния при разных емкости конденсатора. Время обработки угля t=3минут, фракция диаметра угля d=8мм, расстояние управляемого разрядника l_р=7 мм.

Рис. 3. Графики зависимости степени измельчения от межэлектродного расстояния при емкости конденсаторов С=0,25 (а), 0,5 (б), 0,75 (в) мкФ

На рисунке 3 (а) размер крупности угля d=8 мм расстояние между электродами изменяли l_р=7,8,9,10 мм. Из графика видно, что при межэлектродном расстоянии l_р=7 мм и при емкости конденсатора С= 0,25 мкФ количество частиц диаметром d_ф<80 мкм, составляет 0,1 %, а при межэлектродном расстоянии l_р=10 мм количество частиц диаметром d_ф<80 мкм, составляет 1 %.

На рисунке 3 (б) при межэлектродном расстоянии l_р=7 мм и при емкости конденсатора С= 0,5 мкФ количество частиц диаметром d_ф<80 мкм, составляет 1,2 %, а при межэлектродном расстоянии l_р=10 мм количество частиц диаметром d_ф<80 мкм, составляет 2,1 %. А при емкости конденсатора С= 0,75 мкФ и при межэлектродном расстоянии l_р=7 мм (рис. 3) количество частиц диаметром d_ф<80 мкм, составляет 1,3 %, а при межэлектродном расстоянии l_р=10 мм количество частиц диаметром d_ф<80 мкм, составляет 2 %.

Здесь также можно увидеть, что при большем расстоянии между электродами количество фракций мелких размеров ощутимо выросло. Это можно объяснить тем, с увеличением межэлектродного расстояния энергия электрогидравлического воздействия возрастает, и следовательно возрастает эффективность дробления. Анализируя полученные результаты, можно сделать следующий вывод: оптимальными параметрами для измельчения угля до фракций d<80 мкм являются межэлектродное расстояние l_р=10 мм, рабочее напряжения на накопителе энергии в пределах 30кВ, и емкости батареи конденсаторов 0,75 мкФ.

Литература:

1. http://www.enrc.com/files/16Feb09_AcquisitionShubarkolKomirRUS.pdf
2. Фальбе Ю. М. Химические вещества из угля. М.: Химия, 1984 г.
3. Кузнецов Б. Н. Катализ химических превращений угля и биомассы. –Новосибирск: Наука, 1990 г.
4. Юткин Л. А. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности. – Ленинград: Машиностроение, 1986 г. — 253 c.
5. Кусаиынов, Алпысова Г. К., Дуйсенбаева М. С. Электрогидроимпульсная обработка шубаркольского угля. Вестник Карагандинского университета. Серия: Физика. — 2012. — № 2(66). — С. 27– 30.
6. Кусаиынов, Алпысова Г. К., Дуйсенбаева М. С. Шұбаркөл көмірінің беттік құрылымына соққы толқындарының әсері. Хаос и структуры в нелинейных системах. Теория и эксперимент. Материалы 8-й Международной научной конференции, посвященной 40-летию КарГУ имени академика Е. А. Букетова. – 2012. – С. 495–500.