С усилением энергетического кризиса цены на уголь резко возросли. При нынешних темпах добычи угля угольные запасы рискуют исчерпаться уже через 50 лет. Особенно это касается коксующегося угля, который является редким относительно других видов углей. Увеличение количества сортов угольных смесей и сохранение невозобновляемых ресурсов это то, чем следует заниматься ради последующих поколений. В то же время, то, насколько коксохимические предприятия преуспели в сферах полезного использования производимой ими побочной продукции, снижения затрат, повышения эффективности, экономии энергоресурсов и уменьшения выбросов является показателем технического уровня и мощи предприятия, а также является важным фактором, повышающим его конкурентоспособность.
Технология смешения коксовой пыли с углем подразумевает под собой добавление произведенного предприятием побочного продукта — коксовой пыли — в уголь, с последующим его коксованием (спеканием). Продажа коксовой пыли (имеющей высокую теплотворную способность) по цене обычного топлива является не только расточительством энергоресурсов, но и приводит к загрязнению окружающей среды. Очень много предприятий реализуют огромные количества произведённой ими коксовой пыли подобным образом. Но коксовая пыль может приносить большую выгоду, став частью технологии смешения коксовой пыли с углем.
Хотя смешение коксовой пыли с углем и не является большим проектом в масштабах предприятия, но сегодня, когда внимание уделяется каждой детали, эта технология может помочь снизить расходы, отвечая экологическим и энергосберегающим тенденциям. В то же время, этот проект не требует больших вложений, но значительно повышает прибыль. Нельзя не сказать что технология добавления коксовой пыли в уголь это очень хороший инвестиционный проект. И чем быстрее он будет реализован, тем быстрее будет получена выгода.
Коксовая пыль — материал, производимый и используемый предприятием, не требующий добычи и перевозки. К тому же он не подвержен сжатию при спекании. Добавление 1 тонны коксовой пыли увеличивает количество производимого кокса на 1 тонну, экономя 1.3 тонны угля. Поэтому экономическая ценность данной технологии сильно превосходит экономическую ценность при примешивании к углю антроцитового угля и любого вида тощего угля.
Технология добавления коксовой пыли в уголь может повысить ее стоимость на 300-500 юаней за тонну, а также снизить себестоимость готового кокса до 10 — 15 юаней за тонну. Возьмем как пример предприятие, производящее 1 млн. тонн кокса в год, не добавляющее связующее вещество, не меняющее основные свойства смешиваемых углей составляющих основу угольной смеси.
При хороших базовых свойствах смешиваемых углей, высоких показателях клейкости использование прессовочной коксовой печи или добавление связующего вещества позволяет увеличить пропорции смешиваемых материалов, увеличив тем самым прибыль.
На данный момент в Китае существует более десяти коксохимических предприятий, уже начавших применять технологию добавления коксовой пыли, что подтверждает ее техническую осуществимость.
Коксовая пыль в процессе коксования сама по себе является инертным веществом. Из-за высокой пористости и большой удельной площади поверхности коксовая пыль имеет большую площадь контакта с жидким материалом активных частиц, связь между которыми обуславливается адсорбцией твердых частиц в жидкой фазе. С одной стороны, коксовая пыль уменьшает усадку полукокса и количества выхода летучих материалов на этапе затвердевания, снижая усадку материала на двух этапах. С другой стороны, из-за своей пористой структуры, она позволяет уменьшить напряжение, возникающее при сжатии коксового пирога и снизить пористость кокса. Оба этих свойства повышают индексы М40 и М25 комковатости и прочности кокса на 1-2%. Поэтому раньше коксовая пыль часто использовалась как усиливающее и отощающее вещество.
Средние требования к технологии смешения угля с коксовой пылью: крупность коксовой пыли не должна превышать 0.5 мм, лучше всего, если частицы крупностью менее 0.2 мм будут занимать 80%. Отношение добавляемого продукта обычно выбирается исходя из расчетов менее3% на всю массу угля.
Применение данной технологии не сказывается негативно на термической стойкости кокса. С одной стороны, количество добавляемой пыли не велико, с другой стороны, коксовая пыль может выполнять роль усиливающего компонента и снижать растрескивание материала. Поэтому данная технология не только никак не влияет на термическую стойкость кокса, но даже немного ее улучшает, а также в полной мере удовлетворяет требованиям термической стойкости промышленных доменных печей.
Необходимо внимательно следить и контролировать крупность и соотношение добавляемого коксовой пыли. При изменении основных свойств смешиваемых углей необходимо внести соответствующие изменения в пропорции добавляемой коксовой пыли.
В 2000 году, в соответствии с требованиями пользователей, компания Гонбэй начала отбор оборудования для технологии смешивания коксовой пыли с углем и исследование ее технической осуществимости. В первую очередь, внимание уделялось пропорциям смешиваемых материалов, размерам их частиц и влиянию их на качество кокса. Таким образом, основываясь на результатах смешивания угля и коксовой пыли, предоставленных пользователями, а так же на результатах испытаний проведенных коксохимическими предприятиями, было получено доказательство технической осуществимости данной технологии.
На втором этапе был произведён подбор подходящего оборудования и проведение испытаний непосредственно на месте эксплуатации. В течение трех лет были проведены испытания с таким оборудованием как шаровая мельница, пружинная роликовая мельница Раймонда, валковая мельница, струйная мельница с классификатором, молотковая дробилка, вибрационная мельница и т. д. Также проводились испытания на вибрационных, барабанных грохотах, грохотах с активной декой типа flip-flop, воздушных классификаторах и другом оборудовании для классификации. Кроме того были предприняты попытки произвести классификацию частиц коксовой пыли при помощи комплекса мельниц мелкого измельчения. А так же, для выявления влияния влажности на процесс, в рамках эксперимента были приняты меры по контролю влажности. В итоге данные, полученные в результате проведения испытаний, показали, что вибрационная мельница серии BTM является оптимальным оборудованием для данной технологии.
В 2003 году данная технология с мельницами BTM была запущена на трех коксохимических предприятиях в КНР. Все фактические эксплуатационные параметры достигли проектных показателей.
В 2007 году, в процессе трехлетнего использования была доказана надежность, экономичность, экологичность и удобство обслуживания не только оборудования серии BTM, но и технологии в целом, а также получен государственный патент и положительные отзывы пользователей. Научный подход и должные старания на протяжении 7 лет позволили сформировать надежную, экономичную, экологичную, современную и законченную технологию, приносящую как экономическую, так и социальную пользу.
Данная технология состоит из трех частей: 1 — Стадия сушки; 2 — Стадия измельчения; 3 — Стадия смешения:
Исходный материал → Стадия сушки → Стадия измельчения → Стадия смешивания
Блок сушки в основном состоит из бункера исходного материала, ленточного питателя, барабанной сушилки, камеры сгорания, пылеудаляющего устройства и т. д.
Из-за влияния, вызванного мокрым способом тушения кокса и сезоном дождей, влажность коксовой пыли может достигать 15 — 20%, что приводит к его слипанию, формированию агломератов, и как следствие неблагоприятно сказывается на последующем процессе измельчения по следующим причинам:
Снижение влажности в исходном материале способствует увеличению производительности в 2−3 раза. Эта точка зрения была подтверждена на практике во многих производственных сферах.
При достижении уровня влажности коксовой пыли в 15−20% почти всё оборудование для измельчения, такое как: шаровая мельница, пружинная роликовая мельница Раймонда, валковая мельница и воздушный классификатор не могут работать в нормальном режиме. При влажности 10−15%, вышеописанное оборудование также не способно работать должным образом. При этом мельница Байте может продолжать работать с ограничением эффективности составляющей 50% от эффективности при сухом измельчении. Эффективность измельчения при влажности 5−8% составляет 70−80% от эффективности сухого измельчения, в то время как у другого оборудования всего 50% от сухого измельчения. Измельчение при влажности менее 3% схоже с сухим измельчением и не влияет на процесс последующего измельчения.
Обычно, при выпуске сушилки она укомплектовывается циклонным пылеуловителем и камерой сгорания. Встречается и такое, что для удовлетворения экологическим требованиям в схеме устанавливается пылеуловитель с рукавными фильтрами или водный пылеуловитель (скруббер). Подобные пылеудаляющие устройства сразу выполняют как функцию удаления пыли, так и функцию воздухоотсоса, всасывая горячий воздух из камеры сгорания в сушилку.
Пылеудаляющий воздухоотсос устанавливается на конце сушилки рядом с отверстием разгрузки. Из-за большой крупности частиц исходного материала, содержание в нем пыли (-200 меш) не высоко, поэтому и эффективность пылеудаления тоже не высока. В связи с вышеизложенным имеет смысл рассмотреть возможность добавления функции пылеудаления в готовые большие производственные линии.
Чаще всего выбираются следующие модели сушилок с соответствующими показателями производительности: ф1.6×7 — 3т/ч, ф1.6×14 — 5т/ч, ф1.8×14 — 8т/ч, ф2.2×14 — 10т/ч. Пользователь может выбрать подобное оборудование других производителей.
Обычно считается, что после прохождения процесса сушки влажность коксовой пыли снижается с 15-20% до 3 — 5%. Необходимое количество тепла на тонну 160000 — 200000 ккал.
Расход тепла зависит не только от количества содержащейся в материале влаги, но и от формы содержания влаги внутри материала, а так же от соотношения количества влаги содержащейся на поверхности и внутри материала.
Стадия измельчения — основная часть всей технологии, определяющая ее общие характеристики. Выбор оборудования для измельчения является ключевым моментом, от которого зависит успех реализации технологии. Чтобы сделать правильный выбор, необходимо сопоставить рабочие характеристики различных типов мельниц с характеристиками материалов, подлежащих измельчению.
Обычно необходимо от 2 до 4 мельниц в соответствии с требованиями системы. Не стоит выбирать для использования мельницы с высокой удельной производительностью по следующим причинам:
Стадия измельчения включает в себя вибрационную мельницу BTM, ленточный питатель (или ковшовый элеватор и шнековый распределитель), вибрационный питатель, буферный бункер и разгрузочный шнековый транспортер.
В буферном бункере находится определенное количество сухого материала, что обеспечивает бесперебойную и равномерную подачу материала в мельницу. Шнековый транспортер собирает материал и отправляет его на стадию смешивания.
Отверстия питания и разгрузки мельницы закрыты мягким соединением, которое обеспечивает эффективную защиту от утечки пыли.
Стадия смешивания в основном представлена бункером готового продукта, ковшовым элеватором, пылеудаляющим устройством на крышке бункера, весовым ленточным конвейером, увлажнителем и смесителем.
Стадия смешивания работает синхронно с ленточными питателями. Стандартная емкость бункера готовой продукции, как правило, настроена на хранение запаса материала необходимого для работы в течение дня.
Весовой конвейер герметично закрыт для предотвращения утечки пыли.
В случае необходимости установки увлажнителя или смесителя, место их установки выбирается исходя из требований пользователя и места смешивания материалов. Их установка не является обязательной и производится только для снижения количества летучей пыли в системе.
Пылеудаляющее устройство на крышке бункера необходимо для удаления пыли и недопущения ее утечки во время загрузки материала в бункер.
Ковшовый элеватор полностью герметичен. Для контроля соответствия норме конечного продукта в месте сочленяющего желоба межу ковшовым элеватором и шнековым питателем можно предусмотреть отверстие для отбора проб.
Крупность питания -20мм, конечная крупность -0.2 мм 80%, влажность 3 — 5%.
| Линия | Производительность, т/ч | Сушилка | Конфигурация мельниц | Занимаемая площадь, м&³2; | Расход электроэнергии, квт/ч |
Теплоиспользование, тыс. ккал/ч |
Подходящая коксовая печь, тыс. тонн |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| BTA3 | 2 — 3 | ф1.6×7 | 2хBTM600 или 1xBTM800 | 100 | 50 | 400 | 300-500 |
| BTA6 | 5 — 6 | ф1.6×14 | 2xBTM800 | 400 | 100 | 800 | 500-700 |
| BTA8 | 7 — 9 | ф1.8×14 | 3xBTM800 или 2xBTM1000 | 500 | 150 | 1100 | 700-1000 |
| BTA10 | 10 — 12 | Ф2.2×14 | 2xBTM1200 | 600 | 250 | 1600 | 1000-1500 |
| BTA15 | 15 — 18 | 2 — ф1.8×14 | 3xBTM1200 | 700 | 360 | 2500 | 1500-2000 |
| BTA20 | 20 — 24 | 2 — ф2.2×14 | 2xBTM2000 или 4xBTM1200 | 800 | 460 | 3500 | 2000-4000 |
Примечание:
1. В колонке «расход электроэнергии» указано количество электроэнергии расходуемой всем оборудованием системы.
2. «Примерный объем инвестиций» включает в себя расходы на оборудование, его установку, строительство и т. д.
3. Выше приведены сравнительно формальные проектные данные, инвестиции в более простое решение будут ниже.
4. Размер подходящей коксовой печи сильно зависит от пропорции смешиваемых материалов и способа эксплуатации.
5. Приведенные выше данные являются статистическими данными за 2006 год и приводятся только для ознакомления.
В 1980-х годах исследовательский институт горного машиностроения в городе Шицзячжуан в рамках проекта задачи государственного фонда КНР произвел внедрение немецких технологий и уже в 1991 году получил государственный патент, а в 1993 был удостоен национальной премии за научно-технический прогресс. Технический уровень серии вибрационных мельниц средней амплитуды достиг международного передового уровня. После 2000 года, достигнув вышеупомянутых результатов, компания Гонбэй с учетом всех особенностей измельчения коксовой пыли разработала специальную мельницу серии BTM для измельчения коксовой пыли. Запатентованные технологии решают проблему износостойкости футеровок: амплитуда, пружины, система синхронизации и рабочая среда — все это запатентованные конструкции, разработанные в соответствии с характеристиками кокса. Надежность мельницы отражается в следующих аспектах:
В вибраторе используются запатентованные вибрационные подшипники, а также система водяного охлаждения с использованием сотовидных лопастей, которая позволяет снизить объем тепла, выделяемого валами на 30%, а так же повышает эффективность теплопередачи в камере подшипника более чем в три раза, что обеспечивает бесперебойную работу подшипников в более низком температурном режиме и повышает срок службы валов до 30000 часов.
Посредством комплексного наблюдения за силой вибрации, ее амплитудой и направлением, напряжением в отдельных точках всей конструкции, а так же с помощью конечно-элементного анализа и расчета упругости было определено различное понимание общей прочности всего корпуса и прочности его отдельных частей. Оптимальное проектирование, охватывающее все эти аспекты, позволяет достичь наибольшей усталостной прочности при наименьшем увеличении количества вибрации.
Крепление футеровки на вибрирующем корпусе ранее представляло большую сложность. Теперь данный запатентованный механизм не только решил проблему ослабления болтов, но даже удвоил срок службы футеровки.
Установка системы амортизации между футеровкой и мельничным барабаном обеспечивает непрерывную и равномерную передачу усилия среде материала и ослабляет силу удара, передающуюся от материала к оборудованию, что позволяет поднять срок службы оборудования до трех раз. Также эта система способна снизить уровень шума.
Рабочий диапазон вибратора и система амортизации, состоящая из корпуса и пружин, представляют собой единую целостную систему, задача которой обеспечивать работу оборудования в пределах диапазона ее упругости. Рабочая частота данной системы не должна входить в резонанс с рабочей частотой самого оборудования. Таким образом, можно достичь гарантии срока службы и надежности всего оборудования.
Амортизаторы, изготовленные из импортной высококачественной резины, показали более высокую усталостную долговечность и надежность, чем стальные пружины.
Благодаря надежности вышеупомянутых технологий, вибрационная мельница BTM имеет высокую эксплуатационную надежность при работе в промышленных условиях. В производственной практике зарубежных стран срок службы данного оборудования составляет более 20 лет, что подтверждает его надежность на реальном примере эксплуатации пользователем.
При измельчении одной тонны коксовой пыли энергозатраты мельницы BTM составляют 13-15 квт/ч, что экономнее шаровой мельницы на 60%. Для более подробной информации обратитесь к главе «Сравнение характеристик измельчения коксовой пыли вибрационной мельницей BTM и шаровой мельницей»
Главным методом измельчения в мельнице BTM является удар. Таким образом, абразивный износ футеровок и других легкоизнашиваемых деталей данной мельницы в 2 — 3 раза меньше, чем у другого измельчающего оборудования. Чем больше абразивность исходного материала, тем более четко прослеживается превосходство данного оборудования.
Высокий коэффициент использования металлических стержней позволяет не беспокоиться о том, что они могут расколоться или что они подобно износившимся шарам покинут мельницу вместе с материалом. Поэтому стержни могут использоваться до момента их максимального истончения.
Применяемые стержни изготавливаются из доступного материала, что позволяет их заказывать без привязки к конкретному изготовителю.
Стоимость переработки тонны коксовой пыли рассчитывается на основе всех расходов оборудования, произведенных в течение всего процесса производства; в основном это затраты связанные с расходом электричества, рабочей силы, расходных материалов, техническим обслуживанием оборудования и амортизацией инвестиций.
У технологии смешения коксовой пыли с углем эти расходы меньше в среднем на 5−20 юаней на тонну.
Утечка коксовой пыли в процессе ее производства может привести к серьезному загрязнению окружающей среды. Поэтому герметичная изоляция производственного цикла и отсутствие пылеудаляющих устройств является одновременно экологичным и экономически выгодным решением.
Мельница серии BTM обеспечивает полную герметическую изоляцию в местах соединений отверстий питания и разгрузки с конвейерным оборудованием, предотвращая утечку пыли.
Данная технология требует установки пылеудаляющих устройств только в конце сушилки. Так как крупность частиц обрабатываемого материала в этом месте довольно большая, удаление пыли в этих местах не вызывает затруднений.
Из-за небольших габаритных размеров мельницы BTM становится возможным установка звукоизолирующих стен или других звукоизолирующих сооружений.
В мельнице BTM вода для охлаждения используется в замкнутом цикле. Таким образом не происходит загрязнения окружающей среды и не расточаются водные запасы.
Максимальный вес самого маленького отдельного элемента довольно мал: для BTM800 2000 кг, а для BTM1200 4000 кг. При смене условий среды материала достаточно одного человека для того, чтобы открыть торцевую крышку и добавить металлические стержни из стали № 45. Эта задача может быть выполнена вручную в течение получаса.
Для замены футеровки необходимо открыть фланец барабана мельницы, снять изношенную футеровку, установить новую и затянуть крепежные болты. Эта задача может быть выполнена двумя людьми в течение двух часов. Футеровочные плиты после их износа могут быть перевернуты для увеличения их срока службы и экономии материала.
В мельнице BTM отсутствуют части требующие трудоемкой замены.
Ленточный конвейер системы смешения должен управляться вместе с конвейером подачи угля. Другое оборудование может управляться вручную локально, полуавтоматически или централизованно с помощью ПЛК.
Для получения материала крупностью частиц менее чем 0.5 мм необходимо подобрать подходящее оборудование, так как подобная крупность является сложной задачей для обычного оборудования. Главные критерии выбора измельчающего оборудования следующие:
Выбор должен производиться исходя из учета всех вышеуказанных критериев.
Главным способом измельчения данной мельницы являются удары при высокочастотной вибрации. Благодаря небольшому рабочему объему и небольшому весу, оборудование может осуществлять высокоэффективное измельчение материала. Высокий коэффициент заполнения материалом (70-90%) и высокая частота вибрации (1000 раз в минуту) способствует высокоэффективному использованию рабочей камеры. Таким образом, во время вибрации материал находится в подвешенном резонансном состоянии и частицы материала измельчаются из-за раскалывания, то есть разрыва вдоль места, где прочность частиц является самой низкой. Таким образом, энергосбережение, высокая эффективность и компактность являются главными преимуществами данной мельницы. Кроме того, благодаря небольшим размерам, простоте технического обслуживания, ее первоначальная стоимость и эксплуатационные расходы значительно ниже, чем у шаровой мельницы.
1. Потребление энергии
Мельница BTM экономнее шаровой мельницы более чем на 50%. Если сравнивать ее с линией по производству коксовой пыли, то при производстве 120000 тонн коксовой пыли экономия энергии составляет примерно 2000000 юаней. Причины такого высокого потребления электроэнергии шаровой мельницы следующие:
2. Расположение источника питания
Шаровая мельница имеет высоковольтный двигатель, в системе одновременно работают 380 В и 10 кВ (6 кВ), что повышает требования к безопасности распределения электроэнергии в системе.
3. Сравнение расхода мелющих тел
Мелющие тела в мельнице BTM используются максимально долго, а в шаровой мельнице мелющие тела требуют замены по мере их истирания. Таким образом, расход стали мельницей BTM меньше, чем у шаровой мельницы на 30%.
4. Блокировка оборудования
Для предотвращения потерь измельчающих шаров вследствие их истирания разгрузка шаровой мельницы производится через решетку. Из-за нестабильности уровня влажности коксовой пыли и высокой шероховатости поверхности могут происходить блокировки отверстий решетки и затруднения разгрузки материала. В мельнице BTM отсутствует эта проблема.
5. Установка и техническое обслуживание
Из-за большого веса отдельных частей шаровой мельницы необходимо достаточное пространство и громоздкое оборудование для их подъема. Это влечет за собой большие расходы и сложности связанные с заменой валов, футеровок, металлических шаров. В этом отношении мельница BTM более проста в использовании.
6. Адаптивность к обрабатываемому материалу
Конечная крупность продукта и производительность вибрационной мельницы BTM может регулироваться путем изменения частоты и амплитуды колебаний. Таким образом, одним видом оборудования возможно измельчение как антрацитовых углей, так и коксовой пыли. Так как шаровая мельница не предусматривает регулировку, ее нельзя адаптировать для измельчения антрацита.
7. Отверстие разгрузки мельницы BTM полностью герметично, что также позволяет производить измельчение в вакуумной и азотной среде без утечки пыли. В шаровой мельнице возможна утечка пыли, в связи с чем требуется установка пылеудаляющих устройств.
Из-за высокой пористости поверхности коксовой пыли плавучесть крупных и мелких частиц в воздухе не пропорциональна размеру частиц, что приводит к смешиванию крупных и мелких частиц во время воздушной классификации. Это обуславливает несостоятельность измельчающего оборудования с функцией воздушной классификации.
Все двухвалковое оборудование для дробления и измельчения имеет в основе своей работы противоположное вращение двух валов. Пространство между двумя валками — ключевой фактор, определяющий эффективность измельчения. Высокая абразивность коксовой пыли, даже при постоянной регулировке пространства между валками, способствует увеличению межвалкового пространства за очень короткий промежуток времени. Из-за невозможности обеспечения равномерности измельчения материала на оболочке валов появляются щербины, что вызывает сложности в регулировке. По этой причине обеспечение крупности 0.2 мм становится почти невозможным.
Кроме того, коксовой пыли присущи некоторые особенные свойства, она легко спрессовывается, что не благоприятно сказывается на равномерности ее последующего смешения.
Высокая линейная скорость молотков (40-60 м/с) может привести к их быстрому истиранию в виду высокой абразивности коксовой пыли, что не выгодно с экономической точки зрения и делает сложным обеспечение крупности частиц. Использование операции дробления для выполнения задач измельчения принципиально невозможно.
Классификация частиц крупностью 3 мм является сложной задачей отрасли, еще более сложна классификация частиц крупностью 0.2 мм. Основная проблема состоит в блокировке ситовых отверстий. Применение технологии смешения кокса с углем невозможно при добавлении большого количества воды, как при мокрой классификации.
Крупность материала из-за быстрого износа частей становится также непостоянной.
Данная технология была разработана с расчетом на применение большим количеством коксохимических предприятий, поэтому она довольно универсальна. Если на Вашем предприятии присутствуют какие-либо особенности, связанные с эксплуатацией коксовой печи или особенности производства, касающиеся каких-либо других аспектов, мы готовы предоставить Вам техническое решение, разработанное в соответствии с индивидуальными требованиями Вашего предприятия.
В описанной технологии применяется дробилка, работающая в замкнутом цикле для получения антрацитового угля крупностью 1 мм за один раз. Данное оборудование имеет особой механизм очистки и может дробить влажный антрацитовый уголь не переизмельчая его, гарантируя соответствие требованиям к крупности конечного продукта.
Коксовый масляный остаток, будучи отходом производства кокса, и обладая высокой вязкостью и способностью к загрязнению, являет собой много проблем связанных с его хранением и транспортировкой. Масляный остаток может добавляться в прошедшую обработку коксовую пыль, в коксовую пыль прошедшую процедуру сухого тушения кокса или в уголь, который прошел стадию смешения, избегая таким образом загрязнения систем, вызванного его липкостью, а также в полной мере используя отходы производства. Если у Вашего предприятия есть потребность в подобном решении, мы готовы предложить Вам разработку оптимального технического решения в этой области.