RU2227803C1

RU2227803C1 - Method of production of coal bricks

Info

Publication number: RU2227803C1
Application number: RU2002129513/04A
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Шувалов; Ю.А. Нифонтов; В.И. Экгардт; А.А. Бенин; А.Н. Никулин
Original assignee: Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В.Плеханова (технический университет)
Priority date: 2002-11-04
Filing date: 2002-11-04
Publication date: 2004-04-27

Abstract

FIELD: processing finely-dispersed high-moisture content coal cleaning products and coal fines with addition of inorganic binders. SUBSTANCE: proposed method includes mixing of coal slime and coal fines with cement and lime followed by additional mixing of charge at simultaneous selective grinding of its particles for forming secondary associates at sizes: 6-5 mm, 6-8%; 5-1 mm, 43-45%; 1-0.5 mm, 18-20%; 0.5-0.1 mm, 28-30%; and < 0,1 mm, 0.7-1.1%. Procedure is completed by heat treatment at temperature of 120-150 C. EFFECT: enhanced strength and water resistance of coal bricks; possibility of placing coal bricks for protracted storage. 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к переработке тонкодисперсных высоковлажных (содержание массовой доли влаги 20-25%) продуктов обогащения каменных углей и нетоварной угольной мелочи в бытовое топливо методом брикетирования с применением неорганических связующих материалов.The invention relates to the processing of finely dispersed high-moisture (content of the mass fraction of moisture of 20-25%) products of the enrichment of coal and non-commodity coal fines into household fuel by briquetting using inorganic binders.

Известен способ получения отопительных брикетов путем совместного смешивания подсушенной угольной мелочи, цемента с добавлением воды и извести, вводимой в брикетную шихту в количестве 2-20% от ее массы [Елишевич А.Т. Новые научные разработки в области брикетирования каменных углей и антрацитов. ХТТ, №4, 1985, с.129-132].A known method of producing heating briquettes by joint mixing of dried coal fines, cement with the addition of water and lime, introduced into the briquette mixture in an amount of 2-20% of its mass [Elishevich A.T. New scientific developments in the field of coal and anthracite briquetting. HTT, No. 4, 1985, S. 129-132].

Этот способ получения топливных брикетов характеризуется низкой производительностью в связи с необходимостью проведения мероприятий по ускорению твердения связующего, которое может идти по трем основным направлениям. Естественное твердение идет при температуре окружающего воздуха в воздушно-влажной среде и завершается через несколько недель. Ускоренное упрочение связующего осуществляется при температуре 60-100°С в той же воздушно-влажной среде в течение нескольких часов. Эту обработку можно осуществить паром, увлажненным воздухом, или другими способами нагрева. Общее упрочение брикетов после завершения тепловой обработки не превышает 2 часов.This method of producing fuel briquettes is characterized by low productivity due to the need for measures to accelerate the hardening of the binder, which can go in three main directions. Natural hardening occurs at ambient temperature in an air-moist environment and ends in a few weeks. The accelerated hardening of the binder is carried out at a temperature of 60-100 ° C in the same air-wet environment for several hours. This treatment can be carried out with steam, humidified air, or other heating methods. The total hardening of briquettes after completion of the heat treatment does not exceed 2 hours.

Автоклавное упрочение предполагает гидратацию цемент-известкового связующего при температуре 175-200°С и избыточном давлении (0,8-1,4 МПа) в течение 5-8 часов.Autoclave hardening involves hydration of a cement-lime binder at a temperature of 175-200 ° C and overpressure (0.8-1.4 MPa) for 5-8 hours.

Длительность упрочения брикетов и необходимость расхода тепловой энергии на обработку брикетов снижают производительность при высоком уровне материальных затрат, что является основным недостатком известного способа получения топливных брикетов.The duration of the hardening of briquettes and the need for heat energy for processing briquettes reduce productivity at a high level of material costs, which is the main disadvantage of the known method for producing fuel briquettes.

Известное решение в брикетировании углей - добавка к цементу извести с целью упрочения брикета и снижения содержания выбросов серы - не устраняет необходимость сушки угля, его охлаждение перед и после прессования. Операция охлаждения шихты и брикета является дорогостоящей, но обязательной: без нее не может быть осуществлен сам процесс брикетирования. Процесс получения брикетов дорог и трудоемок.The well-known solution in coal briquetting - adding lime to cement to strengthen the briquette and reduce the sulfur content - does not eliminate the need for coal drying, its cooling before and after pressing. The operation of cooling the charge and briquette is expensive, but mandatory: without it, the briquetting process itself cannot be carried out. The process of obtaining briquettes is expensive and time consuming.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения топливных брикетов, включающий совместное перемешивание угольной мелочи влажностью 15-20%, цемента и извести с последующим прессованием, перемешивание брикетной смеси совмещают с воздействием на смесь переменного магнитного поля напряженностью от 100 до 150 кА/м [Лезгин Л.А., Нифонтов Ю.А., Блинов В.А. Способ получения топливных брикетов // патент РФ №2006500, МПК G 10 L 5/00, публ. 1994 г.].Closest to the proposed is a method for producing fuel briquettes, including joint mixing of coal fines with a moisture content of 15-20%, cement and lime, followed by pressing, mixing the briquette mixture is combined with exposure to a mixture of an alternating magnetic field with a strength of 100 to 150 kA / m [Lezgin L .A., Nifontov Yu.A., Blinov V.A. A method of producing fuel briquettes // RF patent No.2006500, IPC G 10 L 5/00, publ. 1994].

Однако и этот способ получения топливных брикетов обладает рядом существенных недостатков. Использование каменноугольной мелочи, влажностью 15-20% без дополнительной подсушки, ограничивает применение данного метода с использованием штемпельных прессов, так как известно, что формование каменноугольной мелочи на гидравлических и вальцевых прессах возможно при максимальном содержании массовой доли влаги в шихте до 14-15% (оптимум 10,5%).However, this method of producing fuel briquettes has a number of significant disadvantages. The use of coal fines, with a moisture content of 15-20% without additional drying, limits the application of this method using stamping presses, since it is known that the formation of coal fines in hydraulic and roller presses is possible with a maximum moisture content in the charge of up to 14-15% ( optimum 10.5%).

Влажность шихты 15% и более не обеспечивает свободного истечения ее из загрузочных ящиков в приемный зев пресса за счет интенсивного сводообразования. Формование каменноугольной мелочи на штемпельных прессах не обеспечивает всестороннего обжатия шихты, это ведет к непропрессовке торцевой поверхности брикета и, как следствие, к понижению его прочности и влагоустойчивости.The moisture content of the mixture of 15% or more does not provide its free flow from loading boxes to the receiving mouth of the press due to intensive arch formation. The formation of coal fines on stamp presses does not provide comprehensive compression of the charge, this leads to non-pressing of the end surface of the briquette and, as a result, to a decrease in its strength and moisture resistance.

Использование переменного электромагнитного поля для обработки шихты или готового брикета не дает на практике значительных результатов, но требует применения дополнительных мер безопасности для сохранения здоровья оператора установки. В этом способе не предусматривается подготовка шихты по гранулометрическому составу с целью обеспечения максимального уплотнения частиц (принцип смеси Фуллера) и по качеству смешения.The use of an alternating electromagnetic field for processing a mixture or a finished briquette does not give significant results in practice, but requires the use of additional safety measures to maintain the health of the plant operator. This method does not provide for the preparation of the mixture according to the particle size distribution in order to ensure maximum compaction of the particles (the principle of the Fuller mixture) and the quality of mixing.

Известный способ не обеспечивает быстрого удаления влаги из брикета (остаточное содержание массовой доли влаги 8-10%), что не обеспечивает достаточной прочности брикетов для складирования и влечет за собой их слипание.The known method does not provide rapid removal of moisture from the briquette (residual content of the mass fraction of moisture 8-10%), which does not provide sufficient strength of the briquettes for storage and entails their adhesion.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является более эффективное снижение влажности брикета на стадии послеформовочной термической обработки, придание ему необходимой прочности и влагоустойчивости, что делает возможным складирование, транспортирование брикетов без упаковки и длительное их хранение.The technical result of the invention is to more effectively reduce the moisture content of the briquette at the stage of post-molding heat treatment, giving it the necessary strength and moisture resistance, which makes it possible to store, transport briquettes without packaging and their long storage.

Технический результат достигается тем, что в способе получения топливных брикетов, включающем подготовку шихты путем смешивания угольного шлама и угольной мелочи со связующим материалом из цемента с известью, брикетирование шихты и последующую термическую обработку, согласно изобретению осуществляют дополнительное перемешивание шихты при одновременном избирательном измельчении ее частиц до образования вторичных ассоциатов (гранул) крупностью 6-5 мм - 6-8%, 5-1 мм - 43-45%, 1-0,5 мм - 18-20%, 0,5-0,1 мм - 28-30%, 0,1 мм - 0,7-1,1%, а термическая обработка проводится при температуре 120-150°С.The technical result is achieved by the fact that in the method of producing fuel briquettes, including the preparation of the mixture by mixing coal sludge and coal fines with a cement binder with lime, briquetting the mixture and subsequent heat treatment, according to the invention, additionally mix the mixture while simultaneously grinding its particles to the formation of secondary associates (granules) with a particle size of 6-5 mm - 6-8%, 5-1 mm - 43-45%, 1-0.5 mm - 18-20%, 0.5-0.1 mm - 28- 30%, 0.1 mm - 0.7-1.1%, and heat treatment is carried out at a temperature of 120-150 ° C.

Шихтовка шламов фракции 0-0,5 мм, имеющей влажность 20-25%, с продуктом обогащения углей фракции 0-6 мм (угольной мелочи) влажностью 6-7% и сухим цементом с известью производится в соотношении 66:30:4. Это позволяет получить брикетную шихту с содержанием массовой доли влаги 12-15% и использовать для брикетирования кроме штемпельного - экструдерный, гидравлический и вальцевый прессы. При этом обеспечивается истечение шихты из бункеров и загрузочных ящиков пресса без образования свода.The sludge of a fraction of 0-0.5 mm, having a moisture content of 20-25%, with the product of the enrichment of coal from a fraction of 0-6 mm (coal fines) with a moisture content of 6-7% and dry cement with lime, is laden in a ratio of 66: 30: 4. This allows you to get a briquette mixture with a mass fraction of moisture 12-15% and use for extrusion briquetting - extruder, hydraulic and roller presses. This ensures the expiration of the mixture from the hoppers and loading boxes of the press without the formation of the arch.

Избирательное измельчение частиц шихты, в основном крупной фракции, характеризуется тем, что в стержневом смесителе происходит измельчение только крупных частиц, а мелкие агломерируются в гранулы, что позволяет получить максимальное уплотнение частиц смеси при брикетировании, высокую степень смешения частиц смеси за счет увеличения количества контактов между ними и уже на этапе подготовки шихты обеспечить первичное сближение частиц за счет образования первичных и вторичных ассоциатов (гранул) с получением смеси гранулометрического состава с содержанием фракций: 6-5 мм - 6-8%, 5-1 мм - 43-45%, 1-0,5 мм - 18-20%, 0,5-0,1 мм - 28-30%, 0,1 мм - 0,7-1,1%.Selective grinding of batch particles, mainly of a large fraction, is characterized by the fact that only large particles are crushed in a core mixer, while small particles are agglomerated into granules, which allows to obtain maximum compaction of mixture particles during briquetting, a high degree of mixing of mixture particles due to an increase in the number of contacts between them and already at the stage of preparation of the charge to provide primary rapprochement of particles due to the formation of primary and secondary associates (granules) to obtain a mixture of particle size distribution the rest with the content of fractions: 6-5 mm - 6-8%, 5-1 mm - 43-45%, 1-0.5 mm - 18-20%, 0.5-0.1 mm - 28-30% , 0.1 mm - 0.7-1.1%.

Брикетирование в гидравлическом и вальцевом прессах обеспечивает всестороннее обжатие шихты, в процессе чего в толще формуемой шихты образуются сложные флюидные системы, состоящие из внутренней влаги, растворенного в нем связующего материала, минеральных составляющих и вовлеченных в перемещение тонкодисперсных (менее 0,002 мм) минеральных и органических частиц шихты. Сложные флюидные системы, перемещаясь под действием давления к центру брикета, увеличивают свою концентрацию, равномерно заполняя поровое пространство брикета, что позволяет сохранять форму брикета при транспортировке к конвейеру сушильного агрегата.Briquetting in a hydraulic and roller press provides comprehensive compression of the charge, during which complex fluid systems are formed in the thickness of the formed charge, consisting of internal moisture, the binder dissolved in it, mineral components and finely dispersed (less than 0.002 mm) mineral and organic particles charge. Complex fluid systems, moving under pressure to the center of the briquette, increase their concentration, uniformly filling the pore space of the briquette, which allows you to maintain the shape of the briquette during transportation to the conveyor of the drying unit.

Термообработка во влажной среде при температуре 120-150°С в конвейерном сушильном агрегате в течение 1,5 ч позволяет снизить влажность до 0,5-1,0% и ускоренно упрочнить брикет. На стадии термической обработки сложные флюидные системы перемещаются от центра брикета к периферии, цементируя его скелет за счет адсорбирования вовлеченных в перемещение и растворенных ранее частиц шихты на стенках пор, обезвоживания и кристаллизации. Общее упрочнение брикета наступает в течение двух часов после термообработки. Это позволяет получать брикеты с ровной поверхностью и сопротивлением одноосному сжатию до 20 МПа (20 кг/см²).Heat treatment in a humid environment at a temperature of 120-150 ° C in a conveyor drying unit for 1.5 hours reduces the moisture content to 0.5-1.0% and accelerates hardening of the briquette. At the stage of heat treatment, complex fluid systems move from the center of the briquette to the periphery, cementing its skeleton due to adsorption of charge particles previously involved in the displacement and dissolved on the pore walls, dehydration and crystallization. The general hardening of the briquette occurs within two hours after heat treatment. This allows you to get briquettes with a flat surface and resistance to uniaxial compression up to 20 MPa (20 kg / cm ² ).

Способ поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема получения топливных брикетов.The method is illustrated in the drawing, which shows a schematic diagram of the production of fuel briquettes.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Угольный шлам фракции 0-0,5 мм влажностью 20-25% грейферным краном или ленточным питателем подают в лопастной смеситель 1, туда же подается угольная мелочь фракции 0-6 мм влажностью 6-7% и дозированно сухой цемент с известью в процентном соотношении масс: шлам - 66, отсев - 30, цемент с известью - 4. После предварительного смешения смесь подается для обработки в стержневой растиратель-гомогенизатор 2, где происходит избирательное измельчение частиц шихты, дополнительное перешивание шихты и образование первичных и вторичных ассоциатов (гранул). При избирательном измельчении частиц шихты добиваются получения смеси гранулометрического состава с содержанием фракций: 6-5 мм - 6-8%, 5-1 мм - 43-45%, 1-0,5 мм - 18-20%, 0,5-0,1 мм - 28-30%, 0,1 мм - 0,7-1,1%. Величина гранул регулируется углом наклона барабана сушилки, а состав устанавливается опытным путем. Далее шихта ленточным питателем подается в приемный бункер гидравлического или вальцевого пресса 3. Брикеты, выходящие из пресса, поступают на конвейер ленточной сушилки 4, где при термообработке в парах выделяемой ими влаги при Т=120-150°С в течение 1,5 ч упрочняются. После упрочнения в последних двух секциях сушилки брикеты охлаждаются воздухом при температуре от 150 до 70°С и подаются конвейером-сборщиком продукции на склад.Coal sludge of a fraction of 0-0.5 mm with a moisture content of 20-25% is supplied by a grab crane or a belt feeder to a paddle mixer 1, coal fines of a fraction of 0-6 mm with a moisture content of 6-7% and dosed dry cement with lime in a percentage weight ratio are also fed there. : sludge - 66, screenings - 30, cement with lime - 4. After preliminary mixing, the mixture is fed to a rod grinder-homogenizer 2 for processing, where selective grinding of the batch particles, additional alteration of the batch and the formation of primary and secondary associates (granules) take place. With selective grinding of the particles of the mixture, they achieve a mixture of particle size distribution with the content of fractions: 6-5 mm - 6-8%, 5-1 mm - 43-45%, 1-0.5 mm - 18-20%, 0.5- 0.1 mm - 28-30%, 0.1 mm - 0.7-1.1%. The size of the granules is regulated by the angle of the dryer drum, and the composition is established empirically. Next, the charge is fed by a belt feeder to the receiving hopper of a hydraulic or roller press 3. Briquettes leaving the press enter the conveyor of the belt dryer 4, where they are hardened during heat treatment in pairs of moisture emitted at T = 120-150 ° C for 1.5 hours . After hardening in the last two sections of the dryer, the briquettes are cooled by air at a temperature of from 150 to 70 ° C and fed by a conveyor-collector of products to the warehouse.

Этим обеспечивается оптимизация способа брикетирования влажных каменноугольных шламов, повышение производительности труда и снижение содержания в летучих веществах при сжигании брикетов сернистого ангидрида за счет более эффективного связывания серы цементом и перевода в зольный остаток.This ensures the optimization of the method of briquetting wet coal sludge, increasing labor productivity and reducing the content of volatile substances when burning briquettes of sulfur dioxide due to more efficient binding of sulfur to cement and transfer to ash residue.

Определение свойств брикетов, произведенных по данной технологии и по технологии-прототипу, проводилось через два часа после термообработки по ГОСТ 31289-75. Результаты определения помещены в таблицу.The determination of the properties of briquettes produced by this technology and the prototype technology was carried out two hours after the heat treatment according to GOST 31289-75. The results of the determination are placed in a table.

Claims

A method of producing fuel briquettes, including the preparation of a mixture by mixing coal sludge and coal fines with cement binder with lime, briquetting the mixture and subsequent heat treatment, characterized in that the mixture is additionally mixed while its particles are selectively crushed to form secondary associates with particle size: 6-5 mm - 6-8%, 5-1 mm - 43-45%, 1-0.5 mm - 18-20%, 0.5-0.1 mm - 28-30%, <0.1 mm - 0.7-1.1%, and heat treatment is carried out at a temperature of 120-150 ° C.