RU2224785C2

RU2224785C2 - Composite fuel from coal concentration plant waste

Info

Publication number: RU2224785C2
Application number: RU2001116269/04A
Authority: RU
Inventors: В.П. Барон; Г.В. Пасешник
Original assignee: Барон Виктор Павлович; Пасешник Георгий Викторович
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2004-02-27

Abstract

FIELD: solid fuels. SUBSTANCE: invention relates to production of coal-containing fuel and can be used in fabrication of briquettes (granules) for furnace aggregates in small- and middle-scale power engineering. Coal contains 90-95% of coal-containing coal- concentration waste and 5-10% of argillite. When burned down, such fuel does not form slag and its ashes are suitable as mineral fertilizer. EFFECT: reduced cost price due to only utilized waste, increased density, and enhanced waterproofness.

Description

Изобретение относится к области утлесодержащего топлива, в частности к композиционному топливу, образованному из техногенных отходов угольной промышленности. The invention relates to the field of rock-containing fuel, in particular to composite fuel formed from industrial wastes of the coal industry.

Указанный вид топлива предназначен для бытовых топок, топок железнодорожных вагонов, котельных коммунально-бытового назначения, относящихся к малой и средней теплоэнергетике. The specified type of fuel is intended for domestic furnaces, furnaces of railway cars, boiler houses for household purposes, related to small and medium-sized heat power engineering.

Композиционное топливо, как правило, представляет собой продукт в виде гранул, брикетов правильной геометрической формы (цилиндрической, сферической, прямоугольной), полученный путем силового воздействия (формования, прессования) смеси исходных компонентов, прошедших предварительную подготовку. Composite fuel, as a rule, is a product in the form of granules, briquettes of the correct geometric shape (cylindrical, spherical, rectangular), obtained by force action (molding, pressing) of a mixture of initial components that have undergone preliminary preparation.

К основным параметрам, характеризующим качество композиционного топлива, относятся:
- теплота сгорания;
- влажность;
- зольность;
- плотность;
- прочность на сжатие;
- крошимость;
- фракционный состав;
- влагопоглощаемость;
- содержание токсичных компонентов.The main parameters characterizing the quality of composite fuel include:
- heat of combustion;
- humidity;
- ash content;
- density;
- compressive strength;
- crumbling;
- fractional composition;
- moisture absorption;
- content of toxic components.

Отличительным свойством композиционного топлива от природного является гарантируемый однородный фракционный состав, что обеспечивает устойчивый, требуемый режим работы топочных агрегатов. A distinctive feature of composite fuel from natural fuel is the guaranteed homogeneous fractional composition, which ensures a stable, required mode of operation of the furnace units.

Технология производства композиционного топлива обеспечивает возможность регулирования требуемых значений параметров путем изменения процентного соотношения используемых композиций. Composite fuel production technology provides the ability to control the required parameter values by changing the percentage of the compositions used.

Существующие технологии предусматривают специальную подготовку используемых компонентов по обеспечению оптимальной, гарантированной низкой влажности. Existing technologies provide for the special preparation of the components used to ensure optimal, guaranteed low humidity.

При производстве методом прессования повышенная влажность компонентов, а также слабое адгезионное взаимодействие используемых композиций приводит к снижению прочностных характеристик композиционного топлива в процессе хранения. In the production by pressing, the increased humidity of the components, as well as the weak adhesive interaction of the compositions used, leads to a decrease in the strength characteristics of the composite fuel during storage.

Известен топливный брикет, включающий измельченный уголь, измельченный торф и нитрат целлюлозы при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Уголь бурый - 27,5-32,5
Торф - 27,5-32,5
Нитрат целлюлозы - Остальное, до 100% массы брикета
При указанном составе компонентов достигаются высокая теплота сгорания и прочность, малая зольность при большом времени сгорания, необходимом для достижения большей эффективности использования топливных брикетов (см. патент РФ 2091446 с приоритетом от 22.04.1994 г..)
Недостатками указанного брикета являются:
- использование в качестве связующего нитрата целлюлозы, являющегося покупным, привозным компонентом, содержащим сернистые соединения, повышающие в брикете содержание токсичных веществ,
- использование обогащенного угля,
- малое процентное содержание угля.Known fuel briquette, including crushed coal, crushed peat and cellulose nitrate in the following ratio of components, wt.%:
Brown coal - 27.5-32.5
Peat - 27.5-32.5
Cellulose Nitrate - Else, up to 100% briquette weight
With the specified composition of the components, a high calorific value and strength, a low ash content with a large combustion time necessary to achieve greater efficiency in the use of fuel briquettes are achieved (see RF patent 2091446 with a priority of 04/22/1994).
The disadvantages of this briquette are:
- the use as a binder of cellulose nitrate, which is a purchased, imported component containing sulfur compounds that increase the content of toxic substances in the briquette,
- use of enriched coal,
- low percentage of coal.

Совокупность указанных недостатков приводит к значительному удорожанию композиционного топлива и снижению теплоты сгорания. The combination of these disadvantages leads to a significant increase in the cost of composite fuel and a decrease in the calorific value.

Известен также топливный брикет, содержащий компоненты в следующем соотношении, мас.%:
Торф - 10-20
Древесные опилки - 5-10
Органическое связующее - 2-10
Каменный уголь - Все остальное
Особенностью указанного брикета является использование в качестве органического связующего отходов целлюлозно-бумажной и нефтеперерабатывающей промышленности (например, сульфитно-спиртовая барда, лигнин, волокнистые остатки целлюлозы, отходы мазута, битума и т.п.), а также наличие в брикете сквозных отверстий различного диаметра (см. патент РФ 2119532 с приоритетом от 20.07.1994 г.).Also known is a fuel briquette containing components in the following ratio, wt.%:
Peat - 10-20
Sawdust - 5-10
Organic Binder - 2-10
Coal - Everything Else
A feature of this briquette is the use of pulp and paper and oil refining industry as an organic binder (for example, sulphite-distillery stillage, lignin, fibrous cellulose residues, residues of fuel oil, bitumen, etc.), as well as the presence of through holes of various diameters in the briquette (see RF patent 2119532 with priority dated July 20, 1994).

В составе указанного брикета содержание каменного угля больше - от 55 до 80%, причем могут применяться угольные отходы (в том числе и высокозольные в виде шламов, штыбов и некачественных углей с размерами измельчения до 3 мм). The content of coal in the composition of this briquette is greater - from 55 to 80%, and coal waste can be used (including high ash in the form of sludges, pits and low-quality coals with grinding sizes up to 3 mm).

Однако наличие дополнительных компонентов в виде древесных опилок и окислителя (соль азотной кислоты), а также необходимость термической обработки брикета при температуре 350-500^oС в течение 1,0-3,0 часов, усложняют технологический процесс и приводят к удорожанию конечной продукции.However, the presence of additional components in the form of wood sawdust and an oxidizing agent (nitric acid salt), as well as the need for heat treatment of the briquette at a temperature of 350-500 ^o C for 1.0-3.0 hours, complicate the process and lead to higher prices for the final product.

Указанное технологическое решение, как наиболее близкий аналог, может быть принято в качестве прототипа. The specified technological solution, as the closest analogue, can be taken as a prototype.

Задачами, на решение которых направлено предлагаемое техническое решение, являются:
1. Возможность создания композиционных видов топлив на основе использования в качестве связующего материала - аргиллита, природного минерала, выделяемого при обогащении угля в техногенные отходы.The tasks to which the proposed technical solution is directed are:
1. The ability to create composite types of fuels based on the use as a binder material - mudstone, a natural mineral released during the enrichment of coal in industrial waste.

2. Возможность развития производства композиционных, экологически чистых, высококачественных видов топлив с требуемыми параметрами из различных видов техногенных отходов в промышленных масштабах как альтернативных видов топлива. 2. The possibility of developing the production of composite, environmentally friendly, high-quality types of fuels with the required parameters from various types of industrial waste on an industrial scale as alternative types of fuel.

3. Рациональная утилизация отходов обогатительных фабрик угледобывающей отрасли промышленности (пыли с циклонов, шламов, отсевов, аргиллита и др.). 3. Rational utilization of waste from enrichment plants in the coal mining industry (dust from cyclones, sludge, screenings, mudstone, etc.).

4. Повышение рентабельности работы угледобывающих предприятий в рамках повсеместной реструктуризации отрасли путем создания новых производств на основе наукоемких, экологически чистых технологий для обеспечения занятости населения шахтерских городов в связи с закрытием ряда шахт. 4. Improving the profitability of coal mining enterprises in the framework of the widespread restructuring of the industry by creating new industries based on high-tech, environmentally friendly technologies to ensure employment of mining cities in connection with the closure of a number of mines.

5. Решение региональных проблем в топливо-энергетическом комплексе путем развития производства композиционного топлива на основе местных техногенных отходов в контексте с решением экономических, социальных проблем и обеспечением экологической безопасности. 5. Solving regional problems in the fuel and energy complex by developing the production of composite fuel based on local industrial wastes in the context of solving economic and social problems and ensuring environmental safety.

В настоящее время на территориях обогатительных фабрик угольной промышленности имеется огромное количество углесодержащих отходов в виде угольной пыли с циклонов, шламов из отстойников после флотационного обогащения угля, отсевов и др. Currently, there is a huge amount of coal-containing waste in the areas of coal processing plants in the form of coal dust from cyclones, sludges from sedimentation tanks after flotation of coal, screenings, etc.

Указанные отходы занимают огромные территории, лежат без использования, вследствие ветровой эрозии загрязняют атмосферу и близлежащие покровы земли, за что виновные предприятия платят большие штрафы. These wastes occupy vast territories, lie unused, due to wind erosion pollute the atmosphere and nearby land coverings, for which guilty enterprises pay heavy fines.

По прогнозам Союза углепромышленников добыча угля в Российской Федерации должна резко возрасти. Так, в 2000 году было добыто 260 млн. т угля, а к 2015 году ожидается повышение добычи до 450 млн. т (см. журнал УГОЛЬ 2 за 2001 г., с. 19). According to forecasts of the Union of Coal Industrialists, coal production in the Russian Federation should increase sharply. So, in 2000, 260 million tons of coal were produced, and by 2015 it is expected to increase production to 450 million tons (see UGOL 2 magazine for 2001, p. 19).

Необходимость развития угледобычи обуславливается и складывающимся на мировом рынке балансом цен на нефть, нефтепродукты, газ с учетом разведанных месторождений. The need to develop coal production is also determined by the balance of prices for oil, oil products, and gas taking shape on the world market, taking into account the explored deposits.

Сегодня продавать газ и нефть на внешнем рынке гораздо выгоднее, чем на внутреннем. По оценкам зарубежных и российских специалистов, известных мировых запасов нефти и газа при нынешних темпах добычи хватит максимум на 50 лет, угля хватит на 500 лет. Today, selling gas and oil on the foreign market is much more profitable than on the domestic one. According to the estimates of foreign and Russian experts, the well-known world oil and gas reserves at current production rates will last for a maximum of 50 years, coal will last for 500 years.

Поэтому, буквально через 10-15 лет, когда человечество вплотную столкнется с нехваткой газа и нефти (а следовательно, и небывалым взлетом цен на них), самым дешевым видом топлива станет уголь. Therefore, literally in 10-15 years, when humanity will be faced with a shortage of gas and oil (and, consequently, an unprecedented rise in prices for them), coal will become the cheapest type of fuel.

Увеличение добычи угля приведет соответственно к увеличению отходов, поэтому утилизация углесодержащих отходов обогащения станет еще более актуальной. An increase in coal production will lead to an increase in waste, therefore, the disposal of coal-containing enrichment waste will become even more relevant.

Согласно предлагаемому в заявке изобретению поставленные задачи решаются новым составом композиционного топлива, определенного только на техногенных отходах обогатительных фабрик. According to the invention proposed in the application, the tasks are solved by the new composition of composite fuel, defined only on the technogenic waste of the processing plants.

Состав предлагаемого композиционного топлива предполагает следующие соотношения, мас.%:
Углесодержащие отходы обогащения угля - 90-95
Аргиллит - 5-10
Аргиллит - камнеподобная глинистая порода, образовавшаяся в результате уплотнения, дегидратации и цементации глин.The composition of the proposed composite fuel involves the following ratios, wt.%:
Coal-containing coal enrichment waste - 90-95
Argillite - 5-10
Argillite is a rock-like clayey rock formed as a result of compaction, dehydration and cementation of clays.

По минералогическому и химическому составу аргиллиты очень сходны с глинами, но отличаются большей твердостью и неспособностью размокать в воде. Сложены в основном глинистыми минералами с примесью частиц кварца, слюды, полевых шпатов. Подобно глинам образуют огромные пласты или плитчатые разновидности и сопутствуют залежам угля, образуя с углем или пустой породой на границе угольных пластов механические соединения. According to the mineralogical and chemical composition, mudstones are very similar to clays, but are more hard and unable to soak in water. They are composed mainly of clay minerals with an admixture of particles of quartz, mica, and feldspars. Like clays, they form huge layers or tile varieties and accompany coal deposits, forming mechanical compounds with coal or gangue at the boundary of coal seams.

Последнее обстоятельство способствует тому, что аргиллит извлекается из недр вместе с углем, особенно при открытом способе добычи, и отделяется от угля при его обогащении, т.е. аргиллит также является отходом угольной отрасли. The latter circumstance contributes to the fact that argillite is extracted from the bowels along with coal, especially with the open-pit mining method, and is separated from coal during its enrichment, i.e. mudstone is also a waste of the coal industry.

Изготовление композиционного топлива производят следующим образом (поэтапно):
1. Подготовка исходных материалов.The manufacture of composite fuel is as follows (in stages):
1. Preparation of source materials.

1.1 Исходные материалы (пыль с циклонов, шлам, отсев, аргиллит) после обогащения угля, как правило, имеют мелкодисперсную фракцию и, по сути, не требуют специальной подготовки. 1.1 Starting materials (dust from cyclones, sludge, screenings, mudstone) after coal enrichment, as a rule, have a finely dispersed fraction and, in fact, do not require special preparation.

Но в процессе длительного хранения возможно попадание инородных включений, поэтому подготовка исходных материалов заключается в просеивании через сито с ячейкой не более 3 мм и накоплением в бункерах для обеспечения непрерывного производственного цикла работы. But in the process of long-term storage, foreign inclusions can get in, so the preparation of the starting materials consists in sifting through a sieve with a mesh of not more than 3 mm and accumulation in bunkers to ensure a continuous production cycle.

1.2 Подготовка исходных материалов по влажности не требуется, т.к. процесс формования происходит при влажности смеси 20-25%. 1.2 Preparation of raw materials for moisture is not required, because the molding process occurs when the moisture content of the mixture is 20-25%.

2. Подготовка смеси к формованию. 2. Preparation of the mixture for molding.

2.1 Измеряют влажность каждого из компонентов. 2.1 Measure the moisture content of each component.

2.2 Дозируют компоненты, исходя из требуемого соотношения по массе сухого вещества, и подают в смеситель. 2.2 Dose the components, based on the desired ratio by weight of dry matter, and serve in the mixer.

2.3 Производят расчет необходимого количества воды для обеспечения суммарной влажности 20-25%. 2.3. Calculate the required amount of water to ensure a total humidity of 20-25%.

2.4 Добавляют необходимое количество воды и производят смешивание в смесителе лопатчатого типа в течение 10-15 минут, после чего подготовленную массу подают в формователь. 2.4. Add the required amount of water and mix in a shovel-type mixer for 10-15 minutes, after which the prepared mass is fed to the former.

2.5 Процесс подготовки смеси может осуществляться как в циклическом, так и в непрерывном режиме в зависимости от типа используемого смесителя. 2.5 The process of preparing the mixture can be carried out both in a cyclic and continuous mode, depending on the type of mixer used.

3. Формование и сушка. 3. Forming and drying.

3.1 Формование производят в непрерывном цикле. 3.1 Molding is carried out in a continuous cycle.

3.2 Геометрические размеры формованных цилиндрических гранул определяются установленной фильерой и режимом работы обрезного устройства. 3.2 The geometric dimensions of the molded cylindrical granules are determined by the installed die and the operating mode of the trimmer.

3.3 Сформованные гранулы топлива поступают в сушилку, где подвергаются сушке при температуре +50^oС в течение 3-х часов.3.3 Molded fuel pellets enter the dryer, where they are dried at a temperature of +50 ^o C for 3 hours.

3.4 После сушки гранулы подвергаются режиму стабилизации параметров, т. е. выдерживают в течение 24 часов при нормальной температуре (20-25^oС) с интенсивной циркуляцией воздуха.3.4 After drying, the granules are subjected to a stabilization mode of parameters, i.e. they are incubated for 24 hours at normal temperature (20-25 ^o C) with intensive air circulation.

Выдержка в нормальных условиях обеспечивает снятие градиентов внутренних напряжений, стабилизацию геометрических размеров и механических параметров. Exposure under normal conditions provides the removal of gradients of internal stresses, stabilization of geometric dimensions and mechanical parameters.

4. Контроль, фасовка, отгрузка. 4. Control, packaging, shipment.

4.1 С помощью вибросита отделяют образовавшуюся в процессе цеховой транспортировки влажных гранул мелкую фракцию (крошки, сколы), которую направляют на повторную переработку. 4.1 Using a vibrating screen, the fine fraction (crumbs, chips) formed during the workshop transportation of wet granules is separated, which is sent for recycling.

4.2 Отсортированные гранулы контролируют по влажности (допустимо не долее 7-10%), фасуют по 30-50 кг. 4.2 Sorted granules are controlled by moisture (permissible no more than 7-10%), packaged in 30-50 kg.

Поставка топлива в расфасованном виде предусмотрена по следующим причинам:
- необходимостью обеспечения гарантированной влажности в течение длительного времени хранения, транспортирования продукции при различных атмосферных условиях,
- необходимостью снижения механических воздействий в процессе погрузок, разгрузок, транспортирования,
- необходимостью обеспечения современного сервиса для потребителя при использовании продукции, в том числе и при хранении.The supply of fuel in bulk is provided for the following reasons:
- the need to ensure guaranteed humidity for a long time storage, transportation of products under various atmospheric conditions,
- the need to reduce mechanical stress during loading, unloading, transportation,
- the need to provide a modern service for the consumer when using products, including during storage.

4.3 Складирование продукции производится на поддонах для обеспечения возможности механизированной погрузки в железнодорожные вагоны и автотранспорт. 4.3. Warehousing of products is carried out on pallets to ensure the possibility of mechanized loading in railway cars and motor vehicles.

Полученное таким образом композиционное топливо предложенного состава имеет следующие преимущества:
1. Дешевизна, т.к. оба компонента являются отходами производства углеобогащения, находятся практически на одной территории и для их доставки на место производства топлива требуются минимальные транспортные затраты.Thus obtained composite fuel of the proposed composition has the following advantages:
1. Cheap because both components are waste products of coal preparation, are located on almost the same territory and for their delivery to the place of fuel production, minimal transport costs are required.

2. Применение аргиллита в качестве связующего материала обеспечивает пластичность смеси и возможность создания топлива требуемой фракции по предложенному изобретению методом формования влажной массы, т.е. по наиболее дешевой и энергосберегающей технологии. 2. The use of mudstone as a binder material provides the plasticity of the mixture and the ability to create fuel of the desired fraction according to the invention by the method of forming a wet mass, by the cheapest and energy-saving technology.

3. Наличие аргиллита в составе топлива по предложенному изобретению обеспечивает достаточно высокую плотность, прочность и влагоустойчивость сформованной фракции в сопоставлении с обогащенным углем. 3. The presence of mudstone in the composition of the fuel according to the proposed invention provides a sufficiently high density, strength and moisture resistance of the molded fraction in comparison with enriched coal.

4. По теплоте сгорания, зольности, содержанию токсичных веществ топливо по предложенному изобретению находится на уровне показателей для обогащенного угля того же месторождения, из которого взяты отходы. 4. According to the calorific value, ash content, and the content of toxic substances, the fuel according to the invention is at the level of indicators for enriched coal of the same field from which the waste was taken.

5. При сжигании топлива по предложенному изобретению не происходит шлакообразования, поэтому полученная зола может использоваться в качестве минерального удобрения в сельском хозяйстве без дополнительной переработки. 5. When burning fuel according to the proposed invention does not occur slagging, therefore, the resulting ash can be used as mineral fertilizer in agriculture without additional processing.

Claims

Composite fuel from waste from coal processing plants, containing coal-containing waste and a binder, characterized in that it contains argillite-mineral associated with coal deposits as a binder in the following ratio, wt.%:

Coal-containing coal enrichment waste 90-95

Argillite 5-10