Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка теоретических основ и проведение прикладных исследований в целях создания технологии обогащения термообработанного измельченного бурого угля (с удалением минеральной составляющей) для получения углеродосодержащих продуктов с новыми характеристиками, обеспечивающими их эффективное использование в энергетике и ЖКХ

Номер контракта: 14.579.21.0036

Руководитель: Горлов Евгений Григорьевич

Должность: советник ген. директора

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
бурые угли, обогащение углей, углеродосодержащие порошки, углеродистые восстановители, сортовое топливо, гранулированное топливо, беззольные брикеты

Цель проекта:
1. Разработка и создание оборудования для обогащения бурых углей производительностью 10 т/час для экспериментального Комплекса высокоскоростной термообработки бурых углей ВСТ при минимальных энергетических затратах, расширяющих номенклатуру производимой товарной продукции из бурых углей, имеющих из-за своих свойств ограниченное применение в России и зарубежных странах , располагающих месторождениями таких углей. 2. На базе разработанных теоретических основ и полученных результатов прикладных исследований создание новой технологии и экспериментальных образцов оборудования по эффективному обогащению термообработанного измельченного бурого угля марок Б1, Б2 и БЗ, в объеме 10 тонн в час, с выпуском конкурентоспособной углеродосодержащей продукции улучшенного качества: высокочистых концентратов углей, экологически безопасных беззольных топливных брикетов, углеродосодержащих безсернистых порошков, графита, обеспечивающее их широкое использование в промышленности, в т.ч. энергетике и ЖКХ.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Разработка технологии обогащения термообработанного измельченного бурого угля с применением эффектов трибоэлектростатической сепарации, электромагнитоимпульсного воздействия и вихревой закрутки дымовых газов с выделением частиц бурого угля с их разделением по классам крупности перед электростатической сепарацией.
2. Разработка технологических схем процессов электромагнитоимпульсного воздействия и электростатической сепарации удаления минеральной составляющей из термообработанных измельченных бурых углей марок Б1, Б2 и БЗ.
3. Исследования условий роста производительности коронно-электростатических сепараторов с горизонтальными и вертикальными барабанами.
4. Разработка эскизной конструкторской документация испытательного стенда, экспериментальных образцов аппарата электромагнитоимпульсного воздействия и электростатического сепаратора, с дальнейшим их изготовлением и испытанием.
5. Разработка техпроекта участка обогащения бурого угля со спецификацией, проектируемого и изготавливаемого оборудования и дорабатываемого для исследований оборудования.
6. Разработка проект ТЗ на проведение ОКР по теме:
«Создание опытно-промышленных образцов оборудования по удалению из термообработанного измельченного бурого угля минеральной составляющей, получению углеродосодержащей товарной продукции с новыми характеристиками для промышленности, включая энергетику и ЖКХ».

Планируется к разработке, изготовлению, испытанию :
- экспериментальный образец аппарат электромагнитоимпульсного воздействия, исключающий коагуляцию органических и минеральных составляющих термообработанного измельченного (- 0,5 мм) бурого угля;
- экспериментальный образец электростатического сепаратора для разделения органической и минеральной части обрабатываемого материала из горячей смеси дымовых газов с термообработанным измельченным бурым углем - не менее 60 тыс. нм3/ч при Т = 150 -200°С;
- образцы продукции из термообработанного обогащенного бурого угля марок Б1, Б2, БЗ:
1) высокочистые концентраты углей: - влажность - не более 6%;
- минеральная составляющая - не более 1%;
- летучие вещества - до 40%, исключающие самовозгорание;
2) углеродосодержащие безсернистые порошки для брикетов :
- углерод - до 99,5%; - теплота сгорания - не менее 24 МДж/кг; - серу - следы;
- проект ТЗ на проведение ОКР по теме:
«Создание опытно-промышленных образцов оборудования по удалению из термообработанного измельченного бурого угля минеральной составляющей, получению углеродосодержащей товарной продукции с новыми характеристиками для промышленности, включая энергетику и ЖКХ».
Создаваемые технология и экспериментальных образцов аппарата электромагнитоимпульсного воздействия и электростатического сепаратора должны удовлетворять требованиям по безопасности: в соответствии с ГОСТ ССБТ (серия 12): ГОСТ 12.2.003-91, ГОСТ 12.3.002-75, ГОСТ 12Л.016-79); ГОСТ ИСО/ТО 12100-1-2001, ГОСТ ИСО/ТО 12100-2-2002.
Разрабатываемые экспериментальные образцы аппарата электромагнитоимпульсного воздействия и электростатического сепаратора, при монтаже, наладке, обслуживании и ремонте должны соответствовать общим требованиям безопасности по ГОСТ 12.2.003-74 и ГОСТ 12.3,002-75.




Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Аналитика научно-технической, патентной, нормативной, методической литературы показала, что используемые "мокрые" и "сухие" процессы обогащения углей многодельны, трудозатратны, для обогащения термообработанного измельченного бурого угля не приемлемы. Эффективными методами обогащения термообработанного измельченного бурого угля, с учетом диэлектрических свойств органической и минеральной составляющей, есть электрические способы разделения.
Выбранные методы электрической сепарации, включая коронный барабанный, электростатический пластинчатый и трибоэлектростатический, пригодны для разделения полупроводниковых и диэлектрических материалов, к которым относится термообработанный измельченный бурый уголь. Для устранения адгезии частиц угля к электродам в сепараторах необходимо электромагнитоимпульсное воздействие.
В результате оценки возможности надежного отделения частиц бурого угля в части полупроводников от диэлектриков при использовании трибоэлектростатического, трибоадгезионного и коронно-электростатического способов сепарации термообработанного измельченного бурого угля сделан выбор коронно-электростатического способа, барабанного типа, наиболее качественного и производительного.
Исследования коронно-электростатических сепараторов с горизонтальным барабаном и вертикальным барабаном показали, что при равных условиях сепараторы с вертикальным барабаном в 5-10 раз производительней. Поэтому обосновано принято решение по созданию коронно-электростатического сепаратора с вертикальным барабаном, являющимся осадительным электродом.

Созданный научно-технологический опережающий задел, достаточный по технологическим и конструктивным решениям при реализации техпроекта участка обогащения бурого угля со спецификацией, проектируемого и изготавливаемого оборудования и дорабатываемого для исследований оборудования, подготовки ТЗ на проведение ОКР по теме «Создание опытно-промышленных образцов оборудования по удалению из термообработанного измельченного бурого угля минеральной составляющей, получению углеродосодержащей товарной продукции с новыми характеристиками для промышленности, включая энергетику и ЖКХ».
Разработанная эскизная конструкторская документация на экспериментальные образцы оборудования обеспечит изготовление с минимальными материальными и трудовыми затратами, для последующих экспериментальных исследований.
Создаваемый электростатический сепаратор производительностью 10т/ч предназначен для удаления из измельченного термообработанного бурого угля минеральной составляющей. Электростатический сепаратор должен принимать для обогащения газоугольную смесь до 60 тыс. м3/час на выходе из комплекса оборудования по скоростной термообработке измельченного бурого угля с температурой - до 150°С и влажностью - до 2%.
Новизной полученных результатов будут являться:
1 Созданные технологии и оборудование обогащения термообработанного измельченного бурого угля с применением эффектов трибоэлектростатической сепарации, электромагнитоимпульсного воздействия и вихревой закрутки дымовых газов с выделением частиц бурого угля, их разделением по классам крупности перед сепарацией с минимальными энергетическими затратами, так как получаемая газоугольная смесь для обогащения подготовлена, включая нагрев и удаление влаги;
2 Получением углеродосодержащих продуктов с новыми характеристиками для металлургии, энергетики и ЖКХ и расширения использования бурого угля, имеющего ограниченное применение из-за высокой влажности и зольности, а также повышенного содержания летучих веществ, способствующих самовозгоранию угля.

Основой изменения электропроводности в частицах измельченного бурого угля, значительно влияющей на эффективность обогащения, является его термическая обработка. Установлено, что разделение заряженных частиц термообработанного измельченного угля будет улучшаться за счет их просушки, классификации и обеспыливания.
Технологии облагораживания бурых углей созданы в Австралии (GTLE, ВСВ), Японии (UBC), Индонезии (GEOCoal), США (LFC, KFuel).
Не внедряются в промышленном масштабе из-за дороговизны оборудования – 5000 руб. инвестиций на тонну переработки в год.
В России, ЗАО "Компомаш-ТЭК" разработаны технология ВСТ и оборудование для обогащения угля при инвестиции 1500 руб. на тонну переработки в год.




Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Технические предложения по комплекту экспериментальных образцов оборудования для подготовки и обогащению горячего (150-200ºС) термообработанного измельченного бурого угля основаны на использовании вихревой интенсивной закрутки газоугольного потока, электромагнитоимпульсного воздействия для исключения коагуляции и прилипания к электродам сепаратора частиц, трибоэлектростатического эффекта для разделения органических и минеральных составляющих, производительностью до 10 т/ч, включая органическую составляющую с содержанием углерода – до 99,98%.
Комплект экспериментальных образцов оборудования (коронно-электростатического сепаратора с вертикальным барабаном, аппарата лектромагнитоимпульсного воздействия) предназначен для отработки новой технологии эффективного обогащения горячего (150-200ºС) термообработанного измельченного до размеров 0,5 мм бурого угля марок Б1, Б2 и Б3, в объеме 10 тонн в час, с выпуском востребованной конкурентоспособной продукции, улучшенного качества: высокочистых концентратов угля, экологически безопасных беззольных топливных брикетов, углеродосодержащих безсернистых порошков, графита.
Практическое первое использование комплекта экспериментальных образцов оборудования возможно в составе Комплекса оборудования по скоростной термообработке бурых углей на Итатском месторождении Кемеровской области.
Разработанные технология и оборудование имеют характеристики, существенно облагораживающие бурые угли (имеющих из-за своих свойств ограниченное применение в в России и зарубежных странах, располагающих месторождениями таких углей) и обеспечивающие их широкое использование в промышленности, включая энергетику и ЖКХ.
Российская Федерация располагает значительными балансовыми запасами угля (более 200 млрд. т - 12 % мировых запасов), реально разведано - 105 млрд. т. Геологические ресурсы углей оцениваются в 4450 млрд. т (30% мировых запасов). По типам углей в структуре разведанных запасов Российской Федерации преобладают бурые - 51,2 %, на долю каменных углей приходится 45,4 %, антрацитов - 3,4%.
Основным направлением совершенствования технологической структуры угольного производства является увеличение доли открытого способа добычи с доведением с 64 % в 2000 году (65 % в 2002 году) до 75 - 80 % к 2020 году. Поставки каменного угля для энергетиков более выгодны, так как теплотворная способность этих углей намного выше, чем бурых. Каменные угли выгодно перевозить на далекие расстояния, в отличие от бурых, которые традиционно потреблялись возле мест разработки. В восточных районах страны добывается 3/4 угля в стране, основные его потребители находятся в европейской части. В этой связи необходимо иметь не только развитую транспортную инфраструктуру для поставок сибирской угольной продукции в западные регионы страны, но и конкурентоспособность в условиях насыщенности рынка альтернативными энергоресурсами;
На сегодняшнем рынке трудно предсказать динамику цен на продукцию угольной промышленности. Не исключено, что стоимость металлов и, как следствие, угля в ближайшее время будет снижаться. Спрос на металл сейчас падает, соответственно, не исключено, что будет некоторое снижение спроса и на уголь, однако конкурентоспособность обогащенного бурого угля имеет перспективы. «Энергетической стратегии России на период до 2020 года», утвержденной Правительством РФ в 2003 г. намечены следующие стратегические цели развития угольной промышленности: обеспечение конкурентоспособности обогащенных углей в условиях насыщенности рынка альтернативными энергоресурсами; повышение качества угольной продукции на основе увеличения глубины обогащения углей, внедрения новых технологий обогащения и глубокой переработки энергетических углей; выход на высококачественную конечную продукцию, в том числе на базе угольно-металлургических, энерготехнологических и углехимических комплексов. Перспективные уровни добычи угля в России будут определяться спросом на него на внутреннем рынке , обусловленным уровнем технологической и ценовой конкурентоспособности угля. Учитывая ограниченность и невосполнимость ресурсов нефти и газа, можно предположить, что если не будет найдено новых месторождений или других альтернативных видов топлива, то уже к 2030-му году уголь может стать основным источником топливной энергии, и угольная промышленность станет ведущей отраслью.

Текущие результаты проекта:
В процессе выполнения ПНИ, на первом этапе, были решены следующие задачи: проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему; выполнены патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 16.011-96; произведено обоснование и выбор направлений исследований процессов удаления минеральной составляющей из подготовленного твердого органического сырья; выполнена техническая и экономическая оценка выбранных направлений исследований; разработаны теоретические основы эффективного обогащения термообработанного измельченного бурого угля; разработаны технические предложения по обогащению термообработанного измельченного бурого угля и технологические схемы процессов электромагнитоимпульсного воздействия и электростатической сепарации. Индустриальным партнером выполнена разработка исходных данных для подготовки обоснования и выбора направления исследований процессов удаления минеральной составляющей; разработки моделей различных схем обогащения бурого угля; произведена проверка разработанных схем с использованием компьютерного моделирования с выбором наиболее рациональной схемы для направления исследований; проведена техническая и экономическая сравнительная оценка выбранных направлений исследований; разработаны теоретические основы проведения эффективного обогащения. За внебюджетные средства ЗАО «КОМПОМАШ-ТЭК» приобрело нестандартную разделительную установку горячих газов (t = 700-1000ºС) для подачи в системы сепарации при проведении экспериментов; оформлена аренда сверхскоростной высоконапорной вентиляторной установки, обеспечивающей выполнение исследований на различных режимах; изготовило и смонтировало установку пылеулавливания для улавливания мелкодисперсной угольной пыли в ходе экспериментальных исследований.
Состав выполненных работ по этапу 2 следующий:
- разработан техпроект участка обогащения бурого угля со спецификацией, проектируемого и изготавливаемого оборудования и дорабатываемого для исследований оборудования;
- проведены теоретические исследования процессов эффективного обогащения термообработанного измельченного бурого угля и получения углеродсодержащих продуктов;
- подготовлены технические предложения для проработки конструкции экспериментальных образцов аппаратов электромагнитоимпульсного воздействия и электростатической сепарации.
- подготовлено обоснование состава экспериментальных образцов оборудования для их проектирования;
- проведены теоретические исследования влияния крупности термообработанного измельченного бурого угля на эффективность обогащения;
- разработаны варианты создания экспериментальных образцов оборудования;
- разработаны эскизные конструкторские документации испытательного стенда, экспериментальных образцов аппарата электромагнитоимпульсного воздействия и электростатического сепаратора.
- оформлены договора и взято в аренду необходимое оборудование для проведения экспериментов по предварительной сушке влажного бурого угля на стадии измельчения с отработкой режимов и их фиксацией, а также взят в аренду высокоскоростной агрегат для вторичного измельчения бурого угля.

Участие с докладами
- 27.03. 2915 года - ген. директора ЗАО "Компомаш- ТЭК" д.т.н. Моисеева В.А. на Международном Конгрессе
"Открытая Россия: время перемен - время возможностей", г. Москва;
- 21-2609.2015 года - советника ген. директора ЗАО "Компомаш- ТЭК" д.т.н. Горлова Е.Г. на Конференции "Актуальные вопросы теплофизики и физической гидродинамики", г. Алушта.