EA020075B1 - Способ и установка для измельчения угля в инертной и неинертной среде - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к способу и установке для измельчения угля в инертной и неинертной среде, согласно которым часть произведенной в мельнице угольной пыли подается в просеиватель для отделения тонкодисперсной фракции. Тонкодисперсная фракция загружается в генератор горячего газа с твердотопливной горелкой для нагрева возвратного технологического газа и повторной подачи его на мельницу. Таким образом, угольная пыль собственного производства используется для выработки горячего газа.

Description

Изобретение относится к способу измельчения угля в инертной и неинертной среде согласно п.1 и к установке для измельчения угля в инертной и неинертной среде согласно п.9 формулы изобретения.

Изобретение принципиально подходит для всех угледробильных установок, в которых рядовой уголь в инертной или воздушной среде перемалывается в угольную пыль. Угледробильные установки находят применение в самых различных отраслях промышленности, например в установках по производству горячего газа, при сжигании в псевдосжиженном слое и в установках по газификации угля. Измельчение угля производится также и в цементной промышленности при изготовлении цемента, в сталелитейной и металлургической промышленности и в процессах цветной металлургии, где имеются установки по вдуванию пылеугольного топлива.

Способы и установки для измельчения угля описаны в уровне техники патента ΌΕ 102005040519 В4, который ориентирован на способ и устройство для измельчения и одновременной сушки горячего и влажного сырья, в особенности цементного клинкера, шлака и заполнителей. Так, патент ΌΕ 3006470 А1 относится к устройству для приведения в действие установки для одновременного помола и сушки угля с применением шаровой или роликовой мельницы и инертных горячих газов из генератора горячих газов, а патент ЕР 0579214 А1 - к способу помола и сушки рядового бурого угля в воздушно-поточной истирающей мельнице при подаче холодного газа, в особенности холодного воздуха и/или окружающего воздуха. В патенте ΌΕ 3639206 С1 описывается способ регулировки валковой тарельчатой мельницы для производства угольной пыли для пылеугольных топок, а в патенте И8 4597537 А - вертикальная мельница, которая может быть использована в том числе и для измельчения угля и направлена на усовершенствование процесса просеивания.

Помимо этого способ и установку можно применять для энергетических технологий нового типа, например для угольно-кислородной технологии. Кроме того, способ и установка пригодны для эксплуатации генераторов горячего газа и для производства брикетов.

Для изготовления угольных брикетов применяются, как правило, так называемые молодые угли, то есть мягкие бурые угли, твердые бурые угли и суббитуминозные угли с содержанием воды примерно от 10 до 75% и долей летучих веществ примерно от 35 до 80% (в сухой массе).

При известном способе брикетирования (УОРАЕС ΟΕΗΕΝ-ΚΑΕ-ΡΟΑΕΚ; РНУ-8И) предварительно раздробленный рядовой уголь после предварительного просеивания измельчается в молотковой мельнице и затем подвергается повторному просеиванию. На ленточном транспортере для мелкого угля влажный материал через бункер попадает в трубчатую сушилку. Затем высушенный мелкий продукт подается в брикетный пресс. Отсортированные в процессе предварительного и повторного просеивания части угля используются в качестве энергетического угля на электростанции. Недостатками можно считать следующую за измельчением угля сушку мелкого угля с помощью внешнего энергоносителя и необходимость просеиваний.

Из АО 90/10052 известен способ изготовления брикетов без связующего вещества, при котором уже измельченный влажный мелкий уголь с помощью загрузочного ленточного транспортера вместе с уже просушенным мелким углем и предварительно нагретой мелкой фракцией из сепаратора после брикетного пресса загружается сверху газосмесительной камеры генератора горячего газа и затем в трубусушилку взвешенного потока и нагревается в пониженной либо инертной атмосфере до 25-200°С. После циклона, в котором отделяется мелкий уголь, он направляется через загрузочный компрессор в брикетный пресс. Инертный газ подается частично как возвратный газ в газосмесительную камеру и на горелку генератора горячего газа. Вся установка работает при избыточном давлении и происходит теплообмен между брикетами или раздробленными брикетами и влажным измельченным материалом перед просушкой в трубе-сушилке взвешенного потока.

В представлении Ро\\сгРош1 вышеназванный процесс ВСВ (Вшбег1е88 Соа1 Впсщситд Ртоеезз) модифицирован таким образом, что высушенный в питаемой генератором горячего газа сушилке взвешенного потока мелкий уголь разделяется в батарейном циклоне на более крупные, способные образовывать брикеты частицы и мелкую фракцию. Сушильный газ отводится. Мелкая фракция при избыточном давлении направляется в качестве топлива в горелку генератора горячего газа, а произведенные в генераторе горячего газа горячие газы попадают в сушилку взвешенного потока. О размере частиц мелкой фракции и о доле тонкодисперсной фракции не сообщается. Однако доля тонкодисперсной фракции или гранулометрический состав сказываются на плотности, прессуемости и т.п. и могут существенно снизить качество изготавливаемых из них брикетов.

В основе изобретения лежит задача создания способа и установки для измельчения угля в инертной или воздушной среде, которые энергетически эффективно обеспечивали бы выработку угольной пыли с размером частиц, соответствующим тем или иным целям применения, и одновременно производство горячих газов для сушки с измельчением.

Относительно способа задача решается посредством признаков п.1 и относительно устройства посредством признаков п.9 формулы изобретения.

Целесообразные и предпочтительные варианты осуществления изобретения содержатся в зависимых пунктах формулы изобретения и явствуют из описания чертежей.

Основной идеей изобретения может считаться то, что произведенная путем измельчения с одновре

- 1 020075 менной сушкой и отделенная в сепараторе от сушильного и несущего газа угольная пыль, по крайней мере, частично направляется в просеиватель для отделения от угольной пыли, являющейся измельченным продуктом, путем просеивания очень тонкой пыли или тонкодисперсной фракции, а затем эта тонкодисперсная фракция используется для выработки тепла, необходимого для процесса измельчения с одновременной сушкой и тем самым экономятся другие энергоносители, в особенности такие облагороженные энергоносители, как природные газы, масла, синтез-газы.

Благодаря размещению просеивающего устройства после сепаратора последующий процесс просеивания разъединяется с процессом подачи газа, в особенности в мельнице и сепараторе. Разъединение процесса просеивания с процессом подачи газа создает преимущество в особенности с точки зрения техники безопасности.

Согласно изобретению тонкодисперсный материал, выделенный в статическом или механическом просеивателе из продукта измельчения, используется для сжигания в генераторе горячего газа для твердого топлива с целью обеспечения процесса сушки с измельчением необходимой для высушивания энергией.

В то время как из угольной пыли, являющейся продуктом измельчения, извлекается тонкодисперсная фракция и в соответствии с потребностью, по крайней мере, частично подается для сжигания в генератор горячего газа с твердотопливной горелкой, скапливающаяся в просеивателе более крупная угольная пыль образует пылеугольную фракцию, уже не содержащую тонкодисперсный материал, который, как правило, мешает, вредит применению и дальнейшей переработке, например брикетированию.

Прежде всего, согласно изобретению топливо для выработки горячих сушильных и несущих газов, требующихся для процесса сушки с измельчением, очень эффективно отводится непосредственно из цикла сушки с измельчением. Это позволяет избежать отдельной подачи топлива извне, требующей дополнительных транспортных и/или складских устройств. Поскольку пылевидный уголь, получающийся в процессе измельчения угля, сам используется в генераторе горячего газа, то также отпадает необходимость в требующейся при подаче топлива извне предварительной сушке и подготовке постороннего угля, что ведет к снижению потребности в энергии.

Преимущество состоит в том, что согласно изобретению в механическом или статическом просеивателе может отделяться тонкодисперсная фракция угольной пыли с таким размером частиц, какой требуется для твердотопливной горелки генератора горячего газа.

Как правило, размер частиц подаваемой в твердотопливную горелку генератора горячего газа мелкой фракции угольной пыли составляет примерно 10% К.90 мкм.

В принципе, применение твердого топлива в генераторе горячего газа определяется такими параметрами, как состав гранулометрической фракции, содержание летучих веществ и зольность используемого бурого или каменного угля. Чем меньше доля летучих веществ, тем тоньше должен быть помол угольной пыли. Высокая зольность, например до 45%, из-за связанной с ней низкой теплоты сгорания может привести к осложнениям в процессе горения, в связи с чем необходимо принимать меры для соответствующего формирования факела.

Целесообразно, чтобы отделенная в просеивателе тонкодисперсная фракция имела тонкость в диапазоне примерно от 50 до 1% К90 мкм.

Было обнаружено, что другой важной величиной является величина б₅₀, которая при содержании в угле около 25-30% летучих веществ должна была бы составлять 10-30 мкм. При более высокой доле летучих веществ гранулометрия может быть более крупной.

Г енераторы горячего газа с твердотопливной горелкой, в которой сжигается пылевидное топливо и которая также называется пылеугольной горелкой, известны и описаны, например, в патентах ΌΕ 19706077 А1 и ΌΕ 19725613 А1.

Из патента ΌΕ 10232373 В4 известен генератор горячего газа, в котором сжигается угольная пыль, например буроугольная пыль. Угольная пыль, смешанная с воздухом для горения, подается в псевдосжиженной форме, чтобы вырабатывать горячие газы с температурой от 200 до 900°С.

Преимущество состоит в том, что тонкодисперсная фракция угольной пыли может подаваться в пылеугольную горелку генератора горячего газа с муфелем горелки и подсоединенной перфорированной оболочкой. Перфорированная оболочка состоит из множества цилиндрических отрезков перфорированного листа. Образующийся в сепараторе газ в качестве возвратного газа с температурой около 100°С подается в генератор горячего газа, через кольцевой канал перфорированной оболочки и кольцеобразные отверстия и дыры в перфорированной оболочке попадает в поток дымового газа камеры горения с перфорированной оболочкой (ΌΕ 19706077 А1) и может быть нагрет до температуры в диапазоне от 150 до 700°С. Применение камеры горения с перфорированной оболочкой и с твердотопливной горелкой обеспечивает соблюдение установленных законом предельно допустимых концентраций СО и ΝΟ₄ в газах, частично выводимых в окружающую среду.

Для соответствующего изобретению отделения тонкодисперсной фракции от измельчаемого в процессе сушки с помолом материала подходят в принципе все просеиватели, которые поставляют необходимый гранулометрический состав тонкодисперсной фракции для генераторов горячего газа с твердото

- 2 020075 пливной горелкой.

С точки зрения требований техники безопасности может быть предпочтительно использован статический либо механический просеиватель без вторичного контура. Например, подходящим является деаг1с55 тес11ашеа1 8ерага1ог, описанный в бюллетене ВиЬЬЕТ1Ы 774 В А1Шат8 Ра1еп1 СгикЬег & Рикепхег Сотрапу. И8А и патенте ϋδ 2913109 А. В замкнутой камере просеивающей установки вращаются лопасти вентилятора и создают восходящий поток воздуха, в котором отделяемая посредством вращающихся лопастей просеивателя мелкая фракция просеиваемого материала, загружаемого сверху на распределительную тарелку, поднимается вверх и по наружной стенке корпуса спадает вниз к выпуску тонкоизмельченного материала, в то время как освобожденная от мелкого продукта крупная фракция попадает вниз к выпуску крупнозернистого материала. Для этого просеивателя требуется лишь небольшой нагнетатель запирающего воздуха. Преимуществом является возможность устанавливать желаемый размер частиц тонкоизмельченного материала посредством регулируемого отверстия во внутренней обшивке, а также посредством частоты вращения лопастей вентилятора, лопастей просеивателя и распределительной тарелки. Таким образом, в зависимости от сорта угля просеивание может быть настроено в соответствии с требованиями к желаемому размеру частиц тонкодисперсной фракции угольной пыли.

Относительно устройства задача решается посредством установки для измельчения угля в инертной среде или в неинертной среде с помощью мельницы для проведения сушки с одновременным измельчением и производства угольной пыли, а также с помощью сепаратора для отделения угольной пыли от газа и с помощью генератора горячего газа с твердотопливной горелкой для нагрева возвратного газа и производства горячих газов для сушки с измельчением таким образом, что после сепаратора размещается просеиватель для отделения тонкодисперсной фракции от угольной пыли, а также силос для приема отделенной тонкодисперсной фракции и соединительная линия с разгрузочным устройством и дозатором для тонкодисперсной фракции с целью подачи в твердотопливную горелку генератора горячего газа.

В качестве мельницы для измельчения, как правило, предварительно раздробленного влажного рядового угля применяется воздушно-поточная мельница, в которой может быть произведено измельчение с одновременной сушкой. Могут использоваться, например, истирающие мельницы, роликомаятниковые мельницы, молотковые мельницы и шаровые кольцевые мельницы. Предпочтительно использование молотковой мельницы, если требуется произвести продукт с более крупным размером частиц, что имеет преимущество, например, при производстве брикетов. Если необходим более тонкоизмельченный материал, например, для установок по вдуванию пылеугольного топлива, установок для газификации угля и для эксплуатации генераторов горячего газа, преимущество имеют воздушно-поточные истирающие мельницы, поскольку они могут измельчить уголь до <30% В90 мкм.

В качестве сепаратора для отделения продукта измельчения либо угольной пыли от несущего газа может применяться фильтр, например рукавный фильтр, или же циклон либо батарейный циклон. Через лопастный затвор и соответствующее транспортное устройство определенная доля скапливающейся в сепараторе угольной пыли может быть направлена в просеиватель с целью отделения тонкодисперсной фракции для генератора горячего газа.

Не направленная в просеиватель угольная пыль через систему подачи попадает к предусмотренному месту применения или дальнейшей переработки, например к брикетному прессу, установке по вдуванию пылеугольного топлива или на газификацию угля.

Соответствующий изобретению способ и соответствующая изобретению установка могут использоваться в установках по газификации угля, установках по вдуванию пылеугольного топлива в сталелитейной и металлургической промышленности и в цветной металлургии, а также в общих теплотехнических установках. Полученный при газификации угля синтез-газ используется в энергопроизводящей промышленности и, кроме того, все чаще также в нефтехимической промышленности. До сих пор синтез-газ как энергоноситель отводится для сушки с измельчением, что приводит у потребителей к значительным потерям от 10 до 30 мВт (примерно от 3300 до 11000 т³ ,/Ь, теплота сгорания около 11000 кДж/т³’·,.·) для собственного применения. Поэтому соответствующее изобретению применение части произведенной угольной пыли для выработки горячего газа имеет преимущество в экономическом отношении.

В сталелитейной и металлургической промышленности колошниковый газ все чаще находит применение в построенных специально с этой целью электростанциях для выработки электроэнергии. Следовательно, и в этой отрасли промышленности может быть выгодным использование угольной пыли собственного производства для выработки горячего газа.

Соответствующее изобретению использование части произведенной угольной пыли с помощью дополнительного просеивателя и подачи и загрузочного устройства псевдосжиженного тонкодисперсного материала в углеродную горелку генератора горячего газа приводит к значительному повышению эффективности в сравнении с требующимися относительно небольшими вложениями.

Ниже следует дальнейшее разъяснение изобретения на основе чертежа, где показывается соответствующая изобретению установка для осуществления соответствующего изобретению способа на примере производства угольной пыли для изготовления брикетов.

Измельчение угля в инертной среде происходит в мельнице 5, которая в данном примере является

- 3 020075 молотковой мельницей. Через систему подачи 1 с электромагнитными сепараторами, раздвоенный желоб 2 и бункер 3 со шнековым дном 4, одновременно являющийся дозатором, в эту мельницу 5 поступает влажный предварительно раздробленный уголь. Поступивший влажный рядовой уголь может иметь температуру в диапазоне от -20 до 20°С и влажность в диапазоне от 10 до 75%.

Для осуществления процесса сушки с измельчением в мельнице 5 горячие газы 8 поступают из газогенератора 12 в мельницу 5 при температуре около 450°С. По трубопроводу 13 смесь угольной пыли с газом подается из мельницы 5 в сепаратор 6, который в данном примере осуществления является рукавным фильтром. Отделенная от сушильного и несущего газа угольная пыль 14 попадает в систему подачи 7, например в разгрузочный шнек, и направляется для дальнейшей переработки в брикетный пресс (не изображен).

Часть потока 15 измельченного продукта, то есть угольной пыли 14, из сепаратора 6 отводится с тем, чтобы отделить от него долю угольной пыли, которая может быть использована для загрузки в генератор горячего газа 12. Часть потока 15, имеющая температуру в диапазоне от 70 до 120°С, по трубопроводу 18 через задвижку 16 и лопастный затвор 17 попадает в просеиватель 10.

Данный просеиватель 10 представляет собой динамический или статический просеиватель, пригодный для отделения от части потока 15 угольной пыли 14 тонкодисперсной фракции 20, которая может быть сожжена в твердотопливной горелке генератора горячего газа. Тонкость помола может составлять от 50 до 1% К90 мкм.

После просеивателя 10 тонкодисперсная фракция 20 попадает в силос тонкодисперсной фракции 9 и оттуда через лопастный затвор 21 и дозатор 22 в подводящем трубопроводе 23 к генератору горячего газа 12 или его твердотопливной горелке. Крупная фракция попадает в систему подачи 19 и вместе с угольной пылью 14 из сепаратора 6 может быть направлена в устройство для брикетирования (не изображено).

Отделенные в сепараторе 6 технологические газы 11, по крайней мере, частично направляются в генератор горячего газа 12 в качестве возвратных газов 25. Генератор горячего газа 12 целесообразно оснащен камерой сгорания с перфорированной оболочкой, и в этой камере сгорания возвратные газы 25 температурой около 100°С нагреваются примерно до 700°С и после этого направляются в мельницу 5 в качестве сушильного и несущего газа.

Вся установка эксплуатируется при низком давлении. Содержание кислорода в инертных либо восстановленных сушильных и несущих газах 8 составляет максимально 12%. В установке поддерживаются важные с точки зрения техники безопасности показатели СО и О₂ в технологическом газе. Часть отделенных в сепараторе 6 газов 11 через камин (не изображен) выводится в окружающую среду.

Для процесса ввода в эксплуатацию и запуска установки, а также аварийного останова необходимо держать установку в инертном состоянии. Содержание кислорода в технологическом газе не должно превышать предельно допустимую концентрацию кислорода в обогащаемом угле.

Для создания атмосферы инертного газа требуется предоставить в распоряжение инертизирующие газы. Обычно применяется СО₂ или азот.

Самоинертизирующиеся дробильные установки, которые, являясь самостоятельными углеобогатительными установками, не должны эксплуатироваться как составная часть комбинированной установки и, например, не имеют в своем распоряжении азота из установок для разделения воздуха, как в сталелитейной и металлургической промышленности, должны дополнительно закупать эти газы. Для этого требуются складские мощности и специальное оборудование, которое обременяет экономию способа.

Необходимый объемный расход инертного газа значителен (несколько сотен кубометров в 1 ч в зависимости от размеров установки). Для нормальной эксплуатации производство инертного газа может быть интегрировано в общий процесс. Для этого подходят, например, работающие на газе или жидком топливе котельные, тепло которых может служить для отопления зданий и подготовки горячей воды. Образующийся при этом отработавший газ содержит от 1 до 2% О₂ и, таким образом, подходит для создания атмосферы инертного газа в установке в процессе ввода в эксплуатацию и запуска, а также аварийного останова. Необходимый резерв может быть обеспечен за счет СО₂ в баллонах.

Claims (12)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ измельчения угля в инертной и неинертной среде, при котором в воздушно-поточной мельнице (5) производится сушка с измельчением загруженного рядового угля, при этом подаются горячие газы (8) из генератора горячего газа (12), затем смесь угольной пыли (14) и газа (11) разделяется в сепараторе (6) и угольная пыль (14) направляется для предусмотренного использования или дальнейшей переработки, в то время как газ (11), по крайней мере, частично в качестве возвратного газа (25) вновь подается в генератор горячего газа (12), отличающийся тем, что угольная пыль (14) из сепаратора (6) полностью или частично загружается в просеиватель (10) и в просеивателе (10) от угольной пыли (14) отделяется тонкодисперсная фракция (20), что тонкодисперсная фракция (20) подается полностью или частично к твердотопливной горелке генератора горячего газа (12) для сжигания и нагревания возвратного газа (25) через силос тонкодисперсной фракции (9) посредством подводящего трубопровода (23) через

   - 4 020075 дозатор (22) и горячие газы (8) вновь подаются из генератора горячего газа (12) мельницы (5) для сушки, что скапливающаяся в просеивателе (10) крупная фракция угольной пыли (14) загружается в систему подачи (19) и объединяется с угольной пылью (14) из сепаратора (6) в хранилище запасов угля.
2. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс сортировки в просеивателе (10) разъединяется с процессом подачи газа.
3. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что тонкодисперсная фракция (20) для сжигания в генераторе горячего газа (12) отделяется в просеивателе (10), который выполнен как механический или статический просеиватель.
4. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в просеивателе (10) отделяется тонкодисперсная фракция (20) с размером частиц в диапазоне примерно от 50 до 1% К90 мкм.
5. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в просеивателе (10) отделяется тонкодисперсная фракция (20) с размером частиц примерно 10% К90 мкм.
6. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что отделенная в просеивателе (10) тонкодисперсная фракция (20) в псевдосжиженной форме подается в твердотопливную горелку генератора горячего газа (12).
7. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что тонкодисперсная фракция (20) из просеивателя (10) направляется в силос тонкодисперсной фракции (9), а из него через лопастный затвор (21) и дозатор (22) в подводящем трубопроводе (23) в псевдосжиженной форме в генератор горячего газа (12).
8. 8. Установка для осуществления способа по пп.1-7 для измельчения угля в инертной и неинертной среде с мельницей (5) для осуществления сушки с измельчением и производства угольной пыли (14), с сепаратором (6) для отделения угольной пыли (14) от газа (11) и с генератором горячего газа (12) с твердотопливной горелкой для нагревания возвратного газа (25) и подачи горячего газа (8) в мельницу (5), отличающаяся тем, что после сепаратора (6) размещен просеиватель (10) для отделения тонкодисперсной фракции (20) от угольной пыли (14) и силос тонкодисперсной фракции (9) для загрузки тонкодисперсной фракции (20) и что силос тонкодисперсной фракции (9) соединен с твердотопливной горелкой генератора горячего газа (12) посредством подводящего трубопровода (23) с разгрузочным устройством (21) и дозатором (22) для подачи отделенной псевдосжиженной тонкодисперсной фракции (20), при этом выход из просеивателя (10) для крупной фракции и выход из сепаратора (6) крупной фракции соединен с хранилищем для запасов угля.
9. 9. Установка по п.8, отличающаяся тем, что просеиватель (10) является механическим или статическим просеивателем без вторичного контура и выполнен таким образом, что оптимальный рабочий диапазон соответствует размеру тонкодисперсной фракции (20) угольной пыли для твердотопливной горелки генератора горячего газа (12).
10. 10. Установка по п.8 или 9, отличающаяся тем, что мельница (5) для сушки с измельчением является воздушно-поточной мельницей, например вертикальной истирающей мельницей, ролико-маятниковой мельницей, молотковой мельницей или валковой мельницей.
11. 11. Установка по одному из пп.9, 10, отличающаяся тем, что сепаратор (6) представляет собой фильтр, например рукавный фильтр, или циклон либо батарейный циклон и между сепаратором (6) и просеивателем (10) в трубопроводе (18) установлены задвижка (16) и лопастный затвор (17) для подачи задаваемого количества угольной пыли (14).
12. 12. Установка по одному из пп.8-11, отличающаяся тем, что после сепаратора (6) размещена система подачи (7) для транспортировки угольной пыли (14) для предусмотренного использования, например, на установку по вдуванию пылеугольного топлива, для газификации угля и брикетирования.