установка для производства водоугольного топлива из бурого угля

Формула изобретения

УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВОДОУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА ИЗ БУРОГО УГЛЯ, включающая устройство мокрого измельчения угля, классификатор, теплообменник для нагрева суспензии под давлением, смеситель для дегазации и охлаждения суспензии и сгустительную емкость для получения целевого продукта, отличающаяся тем, что установка снабжена дополнительным теплообменником, установленным последовательно с основным, оба теплообменника выполнены в виде винтовых трубчатых теплообменников с внутренней трубой для греющей среды и винтовыми каналами для нагреваемой среды, при этом внутренняя труба дополнительного теплообменника связана с источником греющего теплоносителя, вход винтового канала дополнительного теплообменника связан с выходом винтового канала основного теплообменника, а выход винтового канала дополнительного теплообменника подсоединен к внутренней трубе основного теплообменника, выход из которой связан через дроссель и смеситель со сгустительной емкостью.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для производства высококонцентрированного водоугольного топлива (ВУТ) из бурых углей для прямого сжигания.

Известно устройство для приготовления ВУТ, включающее мельницу мокрого измельчения угля, классификатор, теплообменник для нагрева суспензии под давлением, сепаратор для охлаждения и дегазации суспензии и смесительную емкость.

Недостатком известного устройства является низкая эффективность процесса приготовления ВУТ из-за больших энергозатрат и малой степени гидрофобизации буроугольных частиц.

Целью изобретения является повышение эффективности процесса приготовления ВУТ.

Цель достигается тем, что в установке для производства ВУТ, включающей мельницу мокрого измельчения угля, классификатор, теплообменник для нагрева суспензии под давлением, смеситель для дегазации и охлаждения суспензии и сгустительную емкость, установлен дополнительный теплообменник последовательно с основным, оба теплообменника выполнены в виде винтовых трубчатых теплообменников с внутренней трубой для греющей среды и винтовыми каналами для нагреваемой среды, при этом внутренняя труба дополнительного теплообменника связана с источником греющего теплоносителя, вход винтового канала дополнительного теплообменника связан с выходом винтового канала основного теплообменника, а выход винтового канала дополнительного теплообменника подсоединен к внутренней трубе основного теплообменника, выход из которой связан через дроссель и смеситель со сгустительной емкостью.

На чертеже представлена общая схема установки.

Установка для производства ВУТ содержит мельницу 1 для мокрого измельчения угля, классификатор 2, дополнительный 3 и основной 4 теплообменники, выполненные с внутренними трубами 5 и 6 соответственно для греющей среды и винтовыми ребрами 7, 8, образующими вокруг труб 5 и 6 винтовые каналы 9 и 10 для нагреваемой среды. Теплообменники 3 и 4 связаны друг с другом таким образом, что выход из винтового канала 10 основного теплообменника 4 подсоединен к входу винтового канала 9 дополнительного теплообменника 3, а выход винтового канала 9 дополнительного теплообменника 3 подсоединен к входу внутренней трубы 6 основного теплообменника 4, при этом внутренняя труба 5 теплообменника 3 связана с источником 11 греющего теплоносителя. Дополнительный теплообменник 3 выполнен из двух последовательных секций, которые могут включаться в работу как совместно, так и отдельно друг от друга. Кроме того, установка включает активатор 12, дроссель 13, сгустительную емкость 15, смесительное устройство 14 и насос 16.

Установка работает следующим образом. Исходный уголь, предварительно дробленый до класса минус 3 мм (минус 6 мм), направляется в измельчительную установку 1. Туда же вводится вода в количестве, обеспечивающем эффективную вязкость получаемой в мельнице 1 суспензии не выше 0,5 0,6 Па ^. с при скорости сдвига 100 с^-1.

В измельчительной установке 1 (барабанной мельнице с шарами, цильбепсами или стержнями в качестве мелющих тел, диспергаторе, кавитационной мельнице, барабанной внутридисковой мельнице и т.д.) происходит мокрое измельчение твердых частиц угля и его минеральной части до класса менее 0,2 мм с долей мелких частиц размером менее 0,4 мм, составляющей не меньше 50%

Измельчительное устройство 1 является одновременно перемешивающим гомогенизирующим устройством, на выходе из которого образуется стабильная водоугольная суспензия влажностью 55% 65% (в зависимости от марки исходного бурого угля Б3 или Б1).

Полученная суспензия направляется в классификатор 2 (дуговое сито, конический грохот или низкооборотная центрифуга), где из ее массы выделяются твердые частицы крупнее 0,2 мм и направляются вместе с частью жидкой фазы суспензии обратно на вход измельчительного устройства 1.

Для обеспечения измельчения твердой фазы суспензии до заданного распределения по размеру частиц и управления оптимизационным режимом работы измельчительного устройства 1 часть готовой водоугольной суспензии после классификатора 2 возвращается назад на вход в измельчительное устройство 1 в количестве от 3 до 50% от расхода готовой водоугольной суспензии.

Для повышения концентрации твердой фазы в готовом водоугольном топливе суспензию после классификатора 2 направляют в основной трубчатый винтовой теплообменник 4, где она подогревается с 40^оС (температура суспензии на выходе из классификатора 2) до 250^оС. Суспензия подается в теплообменник 4 насосом 16 под давлением 7,0 10,0 МПа, которое поддерживается и в теплообменниках 4,3. Греющим теплоносителем в теплообменнике 4 является нагретое в теплообменнике 3 водоугольное топливо, отбираемое из реактора-активатора 12.

Нагретое до 250^оС водоугольное топливо подается в дополнительный теплообменник 3, где нагревается до 300-350^оС. Дополнительный теплообменник 3 состоит из двух секций: первая постоянно действующая, вторая работающая в период запуска установки. Теплоносителем в теплообменнике 3 является перегретый водяной пар или газообразные продукты сгорания, получаемые в автономном теплогенераторе 11 или другом источнике тепловой энергии.

Из теплообменника 3 топливо направляется в реактор-активатор 12, в котором происходит деструкция поверхностных слоев частиц твердой фазы водоугольного топлива с удалением в жидкую фазу топлива кислородсодержащих растворимых в воде соединений и групп. В результате нагрева угольных частиц и их взаимодействия с жидкой фазой топлива происходит пpоцесс частичной деструкции угольного вещества и выделения из него кислородсодержащих соединений в жидкую фазу топлива, которые подвергаются в ней окислению до конечных оксидов (оксида водорода и диоксида углерода). В результате такой деструкции (потери кислорода) теплота сгорания твердой фазы топлива в расчете на сухое беззольное состояние увеличивается на 7-20% в зависимости от марки бурого угля: Б3 Б1. Вследствие этого происходит возрастание энергетического потенциала конечного продукта.

После реактора-активатора 12 водоугольное топливо направляется в основной теплообменник 4 в качестве греющего теплоносителя, где оно охлаждается до 15-20^оС, отдавая тепло вновь поступающей водоугольной суспензии, а затем направляется через дроссель 13 в смесительный аппарат 14 (например, гомогенизатор, диспергатор и т. д.), куда вводится также композиция химических присадок с целью получения стабильного легкотранспортируемого экологически чистого топлива с существенно уменьшенной влажностью.

В композицию химических присадок при необходимости (по требованию потребителя и в зависимости от состава угля и воды) могут быть включены пластификаторы, стабилизаторы, десульфуризаторы денитрификаторы, ингибиторы коpрозии, а также биореагенты, поддерживающее активность химических присадок в течение заданного времени.

Pасход химических реагентов зависит от состава исходных компонентов водоугольного топлива (угля и воды) и лежит в пределах: для стабилизаторов и пластификаторов 0,02 0,8% для десульфуризаторов 0,5 5% для денитрификаторов 0,2-1,5% для ингибиторов коррозии 0,05 0,2% (по отношению к массе твердой фазы топлива). В качестве химических реагентов возможно использование как органических, так и неорганических соединений включающих щелочные и щелочно-земельные химические элементы (Ca, Mg, Na, K и др.); химические реагенты могут быть растворимы или не растворимы в воде. В качестве стабилизаторов, пластификаторов и ингибиторов коррозии применяются только растворимые в воде реагенты.

Из смесительного устройства 14 водоугольное топливо направляется в сгустительную емкость 15 (гравитационный воронкообразный сгуститель), где происходит выделение из его массы определенного количества свободной воды и повышение концентрации твердой фазы в топливе до 55-60% Вода из сгустителя возвращается в начальную стадию технологического цикла. Одновременно в сгустителе 15 происходит удаление газов, ранее растворенных в жидкой фазе топлива и выделившихся из нее при сбросе давления в дросселе 13 (на выходе из реактора-активатора 12) с 7-10 до 0,1 МПа. Выделение растворенных газов из больших объемов топлива является процессом, требующим определенного времени, он стимулируется в смесительном устройстве 14 и завершается в сгустителе 15.

При сбросе давления из жидкой фазы водоугольного топлива выделяется в основном диоксид углерода, который выводится в атмосферу через вентиляционное устройство над сгустителем 15, либо может быть использован для технологических целей как товарный продукт, поскольку он не разбавлен другими газами.

Рассмотренная последовательность операций позволяет получить с помощью предлагаемой установки высококачественное экологически чистое водоугольное топливо с влажностью не выше 40 45% и с высоким энергетическим потенциалом, оцениваемым теплотой сгорания в пределах 16-20 МДж/кг, что в ряде случаев выше теплоты сгорания исходного высоковлажного бурого угля (например, бурого угля БI Тюльганского месторождения, низшая теплота сгорания которого на рабочее состояние составляет 7,45 МДж/кг).