Опыт использования водоугольного топлива. Водоугольное топливо как альтернатива мазута и газа

• ВОДОУГОЛЬНОЕ ТОПЛИВО
• КАМЕННЫЙ УГОЛЬ
• ТОПЛИВО

Целью статьи является оценка эффективности применения водоугольного топлива (ВУТ) в качестве альтернативы каменному углю. В статье выявлены и обоснованы основные преимущества сжигания угля в форме ВУТ по сравнению со слоевым сжиганием. Выполнены расчеты параметров процесса сжигания ВУТ и угля (расход топлива, количество выбросов загрязняющих веществ и калориметрическая температура горения) с последующим их сравнением. Полученные результаты могут быть основой при выборе наиболее перспективного способа сжигания угля – в твердом виде или в форме ВУТ.

• Не нарушающие экологию способы энергообеспечения паркового хозяйства
• Методы определения сил резания механической обработки древесины
• Ассортиментная политика сети супермаркетов «Барс» в городе Рязани
• Сравнительный анализ программных продуктов оценки инвестиционных проектов

В настоящее время перед топливно – энергетическим комплексом нашей страны стоит рад задач, одной из которых является создание и внедрение новых топлив, которые будут служить альтернативой традиционным видам и позволят более эффективно использовать сырье и удешевить вырабатываемую тепловую энергию. Это позволит решить проблемы, вызванные постоянным ростом цен на традиционные энергоресурсы, в том числе на мазут и природный газ, а также низкой эффективностью использования угля, т.к. при его слоевом сжигании до 30% от подаваемого объема остается недожженным и направляется в отвал. Все это ведет к высокой себестоимости единицы вырабатываемой тепловой энергии при использовании традиционных видов топлива.

Одним из альтернативных видов топлив является водоугольное топливо (далее – ВУТ) – топливо, которое получают при смешивании тонкоизмельченного угля (размеры частиц составляют < 200 мкм) или иного углеродсодержащего сырья с водой или водной эмульсией. Доля угля в составе топлива может быть от 52 до 65%, а доля жидкой составляющей - от 35 до 48%.

Самым распространенным сырьем для изготовления ВУТ служат:

1. угли большинства марок – бурые, газовые, длиннопламенные, тощие, антрациты;
2. углеродсодержащее сырье: пирокарбон (углерод после термического разложения автопокрышек, резины в условиях недостатка кислорода), нефтяной кокс (твердый остаток вторичной переработки нефти или нефтепродуктов) и другие;
3. отходы угольного производства (отсевы с фракциями до 1 – 6 мм, обычно утилизируемые как отход) .

В работах изучены особенности сжигания топлив. Отмечено, что применение ВУТ по сравнению с другими видами топлив имеет ряд технологических, экономических и экологических преимуществ, большинство из которых объясняется тем, что размеры частиц угля в составе водоугольного топлива обычно не превышают 100 - 120 мкм и выгорание частиц такого размера намного более полное, чем горение крупных частиц при слоевом сжигании угля. Если при слоевом сжигании сгорает порядка 70% внесенного топлива, то при сжигании в форме ВУТ – 98% и более.

Из наиболее значительных экономических преимуществ применения ВУТ можно отметить следующие:

1. снижение затрат на доставку топлива за счёт возможности применения ВУТ как основного в негазифицированных районах, т.к. для его изготовления можно использовать большинство местных углей;
2. в качестве сырья возможно использование угольных отсевов с фракциями до 1 – 6 мм, обычно утилизируемых как отход;
3. достигается более полное (не менее 98%) сжигание угля в форме ВУТ по сравнению со слоевым сжиганием, что ведёт к отсутствию затрат на утилизацию несгоревшего угля.

Всё это позволит уменьшить стоимость топливной составляющей 1 Гкал по сравнению с традиционными видами топлива.

Из наиболее значимых экологических преимуществ можно выделить следующие:

1. зола от сжигания такого топлива содержит не более 3% несожжённого углерода, поэтому не требует утилизации и может применяться как наполнитель для бетонов;
2. в качестве сырья для ВУТ можно использовать канализационные стоки и отходы с содержанием органики;
3. возможна утилизация автомобильных покрышек путём получения из них пирокарбона, служащего сырьем для ВУТ;
4. отсутствуют выбросы шлака в атмосферу, т.к. механический недожог угля в составе ВУТ составляет не более 1%;
5. достигается значительное уменьшение выбросов оксидов азота, оксидов углерода и оксидов серы по сравнению со слоевым сжиганием угля.

Таким образом, ВУТ является экологически безопасным топливом на всех стадиях производства и использования и при случайных разливах не наносит ущерб окружающей среде.

Для количественной оценки экономического и экологического эффекта применения ВУТ был проведен расчет и сравнение расхода топлива и количества загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами при сжигании каменного угля и ВУТ. Сравнение проводилось при следующих условиях: сжигание каменного угля происходит в котле КВр – 0,4 номинальной теплопроизводительностью 0,4 Гкал/ч с КПД 81% (принято по его техническим характеристикам). Сжигание водоугольного топлива производится в котле, имеющем аналогичную теплопроизводительность и КПД 85% (принято усредненным по опубликованным результатам ранее проведенных исследований).

Для расчета приняты следующие исходные данные (см. таблицу 1).

Таблица 1 – Исходные данные

Расчет количества выбросов загрязняющих веществ производился по Методикам и . Величины, полученные в результате расчета, приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Результаты расчета расхода топлива и количества выбросов загрязняющих веществ

Для наглядного представления результаты расчета представлены в виде диаграммы на рисунке 1.

Рисунок 1 – Выбросы загрязняющих веществ при сжигании каменного угля и ВУТ

На основании величин, приведенных в таблице 2, можно сделать следующие выводы:

1. потребность в топливе при использовании ВУТ увеличивается на 21% по сравнению с углем ввиду разницы теплоты сгорания;
2. выбросы твердых частиц возрастают на 33%;
3. выбросы оксидов серы снижаются на 15%;
4. выбросы оксидов углерода при применении ВУТ отсутствуют;
5. выбросы оксидов азота снижаются на 41%.

Несмотря на то, что теплота сгорания ВУТ ниже каменного угля, за счет более полного сгорания частиц угля в форме ВУТ общий расход топлива будет меньше на 10%. Это подтверждается следующим расчетом (таблица 3).

Таблица 3 – Экономический эффект использования ВУТ

Еще один параметр, по которому велось сравнение процесса сжигания ВУТ и каменного угля – калориметрическая температура горения топлива, т.е. максимальная температура, до которой нагреваются продукты горения, рассчитываемая без учета потерь тепла в окружающее пространство. Сравнение проводилось на основе следующих условий: температура обоих топлив, подаваемых в котел, равняется температуре помещения и принята в размере 20°С. Температура вторичного воздуха для слоевого сжигания каменного угля также равняется температуре в помещении и принята в размере 20°С, а для сжигания ВУТ данная температура зависит от режима работы котла и находится в диапазоне от 50 до 180°С.

Таблица 4 – Исходные данные и результаты расчета калориметрической температуры горения

По результатам расчета видно, что калориметрическая температура горения каменного угля при его слоевом сжигании на 25 – 29% выше, чем температура горения водоугольного топлива, т.к. последнее содержит воду.

Таким образом, на основании проведенных расчетов и сравнений получены следующие результаты:

• «плюсы» применения ВУТ как альтернативы каменному углю: общий расход топлива на котел меньше на 10% за счет более полного сгорания частиц угля в форме ВУТ; снижение выбросов оксидов серы (на 15%) и оксидов азота (на 41%); отсутствие выбросов оксидов углерода;
• «минусы» применения ВУТ: увеличение выбросов твердых частиц на 33%; калориметрическая температура горения ВУТ ниже, чем у каменного угля.

Подобные данные могут быть основой при выборе наиболее перспективного способа сжигания угля – в твердом виде или в форме ВУТ.

Список литературы

1. Водоугольное топливо [Электронный ресурс] / ООО «Амальтеа». – Режим доступа: www.vodougol.ru
2. Синицын, А.А. Пульсирующее горение // Энергия: экономика, техника, экология. 2007. № 1. С. 80.
3. Синицын, А.А. Исследование особенностей работы котла пульсирующего горения / А.А. Синицын, В.И. Игонин // Новости теплоснабжения. 2010. № 3. С. 20 – 25.
4. Синицын, А.А. Теория и практика теплообмена: учебное наглядное пособие / А.А. Синицын, Д.Ф. Карпов, М.В. Павлов. – Вологда, 2013. С.71.
5. Методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 20 Гкал в час: утв. Госкомитетом по охране окружающей среды 09.07.1999. – Введ. 01.01.2000. – Москва, 1999. – 76 с.
6. Методика расчета выбросов загрязняющих веществ при сжигании водоугольного топлива. – 1990. – 6 с.

Используя дешевый угольный шлам и Аппарат Вихревого Слоя можно создать топливо, ничем не уступающее по теплоотдаче мазуту и газу, но при этом в разы экономичнее – водоугольное топливо, он же водоуголь.

Что представляет собой «водоугольное топливо»?

Водоугольное топливо или жидкое топливо (имеет ряд сокращений ВУТ, ВВП, CWS, CWSM, CWM) представляет собой смесь угля, воды и пластификатора. В наши дни ВУТ получает все более широкое распространение на теплогенерирующих предприятиях как альтернатива газу и мазуту. Главным преимуществом данного вида топлива является его экономичность, так как теплоотдача от ВУТ ничем не отличается от столь дорогого газа и мазута, а стоимость сырья в разы ниже.

Применение АВС приводит к значительной экономии продолжительности процесса производства материала (в 3 раза), при этом мы получаем в 5-6 раз больше продукта, чем при использовании шаровой мельницы мокрого помола

Вклад стоимости топлива (топливная составляющая) в стоимость единицы вырабатываемого тепла (1 Гкал) или единицы вырабатываемой электроэнергии (1 кВт*ч), как правило, является основным и превышает 50% от стоимости единицы тепла. Оставшаяся часть себестоимости тепла (электричества) зависит от стоимости эксплуатации котельного оборудования, включая фонд заработной платы, стоимость аренды, амортизацию зданий и основных средств, накладные расходы, налоги и пр. Для газовых, мазутных и угольных котельных и ТЭЦ указанные параметры уже посчитаны, либо имеются методики по расчёту. Для котельных и ТЭЦ на ВУТ необходимо производить индивидуальные расчёты.

Водоугольное топливо имеет следующие характеристики:

• реологические (вязкость, напряжение смещения);
• седиментационные (сохранение однородности в статических и динамических условиях);
• топливные (энергетический потенциал, полнота выгорания органических соединений)

Водоуголь обладает следующими свойствами:

• температура воспламенения – 800-850°С;
• температура горения – 950-1150°С;
• теплотворная способность – 3700-4700 ккал.
• степень сгорания углерода более 99 %

Технология производства водоугольного топлива

ВУТ на 55-70% состоит из мелкоизмельченного угля, 30-45% воды и пластификатора. Наличие в составе ВУТ воды обеспечивает снижение вредных выбросов в атмосферу и превращает уголь в взрыво- и пожаробезопасный материал. Стоимость угля приблизительно в 3 раза ниже стоимости топочного мазута. Несмотря на мировые колебания цен на уголь, подобное соотношение стоимости условного топлива из мазута и ВУТ практически всегда сохраняется.

Процесс производства водоугольного топлива состоит из трех основных этапов (рис.1):

1. Предварительное дробление до размера фракции 3-12 мм. При использовании в качестве сырья угольный шлам с мелкими фракциями, то данную стадию можно исключить.
2. Мокрый помол в шаровых мельницах до фракции <3-150 мкм. Ключевая стадия производства ВУТ, так как от качества и тонины помола зависят дальнейшие характеристики ВУТ, такие как вязкость и стабильность.
3. Гомогенизация. На данной стадии устраняются неравномерности распределения частиц угля внутри суспензии, добавляются пластификаторы и стабилизаторы. На третьей стадии ВУТ приобретает необходимые гомогенные свойства.

Этапы производства водоугольного топлива

Измельчение угля – основная задача, которую необходимо решить в процессе производства водоугольного топлива. Реологические свойства и стабильность процесса горения прямопропорционально зависят от стабильности процесса измельчения угля с заданными параметрами и четкого соблюдения концентраций вспомогательных веществ.

Для дробления угля, горючего сланца или коксовой мелочи могут использоваться молотковые дробилки и шаровые мельницы различных видов.

Среди различных существующих способов помола угля, шаровые мельницы непрерывного мокрого помола получили наиболее широкое распространение на сегодняшний день.

Предварительно измельченный до фракции 3-6 мм уголь подают в шаровые мельницы для дальнейшего помола, в которые одновременно подается вода и присадка. В мельницах происходит дальнейший помол угля до фракции 0-3 мкм. После соединения всех ингредиентов, материал подают обратно в мельницу для более тщательного перемешивания.

Внедрение Интенсификатора Технологического Процесса АВС-100

Как мы уже рассказывали в предыдущих статьях, имеют ряд преимуществ перед оборудованием других типов: резкое, в десятки и сотни раз ускорение процессов как физических, так и химических; улучшение качества получаемых продуктов; уменьшение расхода сырья и увеличение выхода продукта; снижение затрат энергии; уменьшение необходимых производственных площадей и пр.

Для сравнения ознакомьтесь с результатами размола порошков в АВС и различных мельницах.

Таблица 1

Результаты работы различного оборудования на процессе измельчения порошков

Оборудование	Потребляемая мощность, кВт	Производительность, кг/ч	Выход фракций – 3 мкм, %
Шаровая мельница (мокрое измельчение)
Шаровая мельница (сухое измельчение)
Центробежная мельница
Молотковая мельница

Как видно из таблицы, применение АВС приводит к значительной экономии продолжительности процесса производства материала (в 3 раза), при этом мы получаем в 5-6 раз больше продукта, чем при использовании шаровой мельницы мокрого помола.

Следует отметить, что АВС эффективнее всего применять для процессов доизмельчения материала. Кроме того, аппараты вихревого слоя позволяют получать продукт более высокой тонины помола. Разрабатываемые нами аппараты позволяют не только интенсифицировать ряд технологических процессов, но и резко повысить культуру производства, исключить из технологических процессов шаровые и вибрационные мельницы, являющиеся источником повышенного шума и пыления.

Водоугольное топливо имеет 100% взрыво-пожаробезопасность, может 100% заменить мазут в котельных, работающих исключительно на мазуте. Он обеспечивает снижение в 1,5-3,5 раза вредных выбросов в атмосферу (пыли, оксидов азота, двуокиси серы и др. веществ), снижение стоимости выработки 1 Гкал тепловой энергии до 70% при переводе котельных с мазута на водоугольное топливо.

Описание водоугольного топлива:

Водоугольное топливо, водоуголь (сокращенно ВУТ ) - жидкое топливо , которое получают путем смешивания измельченного угля, воды и пластификатора. Водоугольное топливо можно изготавливать не только из самого угля, но из шламов и отходов угольного производства, которые делают водоугольное топливо еще дешевле по стоимости.

ВУТ предназначено для использования на теплогенерирующих объектах, в основном как альтернатива природному газу и мазуту. Он позволяет существенно сократить затраты при производстве тепловой и электрической энергии.

Водоуголь имеет следующий состав: уголь (60-70%), вода (30-40%), пластификатор (1%). Размер частиц угля 50-70 мкм. Водоугольное топливо сохраняет свою устойчивость и способность к горению от нескольких дней до 30 дней. Температура воспламенения ВУТ — 800-850 °С, температура горения – 950-1150 °С, теплотворная способность – 3700-4700 ккал. Степень сгорания углерода порядка 95-99 %. Водоуголь полностью пожаро- и взрывобезопасен.

Водоуголь сжигается в обычной котельной путём распыления в факеле. Сгорание водоугольного топлива условно делится на две фазы: испарение влаги, сгорание высвобожденных летучих компонентов угля и последующее сгорание твердых частиц угля. Наличие влаги (воды) в водоугольном топливе хотя и требует затрат энергии на фазовый переход воды из жидкого состояния в газообразное, но величина ее (энергии) незначительна. Так, для углей большинства марок считается, что на каждые 10 % влаги тратится 1 % теплотворной способности угля. При этом стоит отметить, что сам по себе уголь, предназначенный для сжигания в котельной, уже содержит в себе влагу до 25%.

Преимущества водоугольного топлива:

— снижение в 1,5-3,5 раза вредных выбросов в атмосферу (пыли, оксидов азота, двуокиси серы и др. веществ),

— уменьшение гигантского количества угольных шламов,

— снижение стоимости выработки 1 Гкал до 70% при переводе котельных с мазута на водоугольное топливо,

— снижение стоимости выработки 1 Гкал тепловой энергии до 35% при переводе котельных со слоевого сжигания на водоугольное топливо,

— возможность использования широкой гаммы твердых видов топлива : низкосортных углей, горючих сланцев , торфа , угольных шламов с зольностью до 30%, при производстве водоугольного топлива,

— образование после сжигания ВУТ отходов — золы — готового продукта для стройматериалов,

— имеет 100% взрыво- и пожаробезопасность,

— степень выгорания горючей массы 95-99%,

— водоугольное топливо может 100% заменить мазут в котельных, работающих исключительно на мазуте, без внесения дополнений и изменений в конструкцию котельной,

— водоугольное топливо можно транспортировать по трубопроводу,

— быстрая окупаемость инвестиционных затрат: от 1 до 2,5 отопительных сезонов (зависит от мощности котла, ранее использованной схемы и пр. факторов),

— водоугольное топливо можно подавать в котел при t >10С, в то время как мазут — при t >70С,

— стоимость водоугольного топлива, готового для прямого использования, в пересчете на тонну условного топлива ниже стоимости мазута в два-четыре раза и не превышает 15-20 процентов от цены исходного угля на месте его добычи,

— технологии хранения и транспортировки водоугольного топлива просты и не требуют повышенных мер безопасности, покупки дополнительного оборудования.

Приготовление, хранение и транспортировка водоугольного топлива:

Приготовление водоугольного топлива осуществляется путем мокрого измельчения угля в шаровой барабанной мельнице непрерывного мокрого размола до размера частиц 50-70 мкм и последующей кавитационной обработкой. Кавитационная обработка необходима для обеспечения стабильности, устойчивости и способности к горению получаемого топлива. Добавление пластификаторов продлевает срок службы готового водоугольного топлива.

Транспортировка ВУТ может осуществляться по трубопроводам аналогично нефти либо в цистернах. В отличие от мазутных цистерн, емкости, в которых зимой транспортируется ВУТ, легко очищаются от остатков топлива.

Хранение водоугольного топлива может производиться в любых закрытых емкостях (цистернах, баках и т.п.). Поскольку ВУТ 100% пожаро- и взрывобезопасен, каких-либо дополнительных требований к соблюдению правил пожарной безопасности при транспортировке и хранению не требуется.

При превышении сроков хранения водоугольного топлива перед его использованием необходимо повторно провести кавитационную обработку.

Быстрорежущий станок плазменной, газовой и комбини...

Снижение вязкости нефти

Оборудование для лазерной сварки, резки, наплавки,...

Двухслойный графен

Автоматизированные деревообрабатывающие линии...

Импульсный твердотельный лазер с диодной накачкой...

Экологичный материал PEF для 3d печати...

Водоугольное топливо

Водоугольное топливо (ВУТ)представляет собой смесь (суспензию) из мелкоизмельчённого (размер частиц не должен превышать 200 мкм) угля и воды. Так как эта смесь довольно быстро расслаивается с осаждением угольных частиц, в нее обычно добавляют пластификатор, массовая доля которого в топливе составляет около 1%. В этом виде ВУТ может храниться, перевозиться в автомобильных и железнодорожных цистернах или перекачиваться по трубопроводам. В ряде случаев в состав суспензии могут быть включены различные добавки (ПАВ, стабилизаторы и т. д.), изменяющие стабильность, вязкость или иные свойства ВУТ. ВУТ может использоваться в качестве замены мазута , газа и угля. При сжигании ВУТ происходит газификация содержащегося в нем угля с образованием синтез-газа , который вступает в реакцию с продуктами разложения воды (водород и кислород) при температурах свыше 900 градусов. Благодаря этому достигается почти полное сгорание топлива (до 98%). Основные преимущества ВУТ состоят в снижении топливных затрат по сравнению с мазутом и газом, снижении вредных выбросов, прежде всего NO x , а также технологическом удобстве использования угля в жидкой форме.<--АИ?-->

Введение

Производство и состав ВУТ

Водоугольное топливо (ВУТ) является частным случаем водоугольной суспензии (ВУС). Согласно классификации, которая установлена Национальными стандартами водоугольного топлива в Китае , при производстве ВУТ важно добиться фракции измельченного угля до 75 мкм. Содержание частиц с фракцией свыше 300 мкм допускается незначительно, в зависимости от класса топлива. При работе на топливе с высоким содержанием крупной фракции значительно возрастает износ деталей и процент механического недожога при сжигании. Предпочтительно использование молодых сортов углей, с высоким содержанием летучих. Это могут быть угли Г, Д, СС, в некоторых случаях - бурые . Также, классификация регламентирует основные характеристики водоугольных суспензий, допустимых для использования: процентное отношение угля, воды и реагента в смеси; вязкость топлива; содержание золы, серы, летучих.

Другую технологию с использованием прямоточного секционированного аппарата многократной инверсии фаз и импульсным вводом перегретого водяного пара в каждую секцию предложил профессор Украинского государственного химико-технологического университета Вильям Задорский [кто? ] . По его словам, применение этого метода обеспечивает снижение затрат энергии и достижение высокой степени гомогенизации суспензии.

Области применения

Водоугольное топливо применяется в качестве замены газа и/или мазута на котельных и тепловых агрегатов ТЭС . ВУТ используется в качестве экологически чистого и недорогого источника тепловой энергии.

История ВУТ

История ВУТ в СССР начинается с 1959 года, когда приказом Совета Министров были начаты разработки по внедрению ВУТ. В начале 70-х годов в результате мирового нефтяного кризиса разработки ВУТ начались в Японии, США, Италии. Однако после стабилизации цен на нефть в 80-х годах эти разработки существенно замедлились. Новая волна разработок в области ВУТ началась в начале 90-х годов.

• соответствует классу безопасных веществ, не содержит агрессивные и вредные компоненты;
• при случайном разливе не загрязняет окружающую среду.

ФГУП Гидротрубопровод в 1990-х годах была предложена идея деминерализации ВУТ до содержания золы в нём около 1%. Однако полученный продукт не нашёл широкого применения в силу того, что понижение зольности угля является дорогостоящей процедурой, сводящей на нет экономические преимущества ВУТ.

Технологичность

• ВУТ не пожароопасно.
• ВУТ не взрывоопасно.
• ВУТ можно хранить и транспортировать в обычных мазутных цистернах.
• Для хранения ВУТ не требуется нагрев до 70 градусов, как это требуется для мазута. Достаточно поддержание положительной температуры.
• Большинство газомазутных котлов могут быть переведены на ВУТ. В угольных котлах переход на ВУТ, как правило, ещё проще.

На энергетических котлах:

• снижает шлакообразование (за счёт снижения температуры факела и «разрыва» минеральной части угля);
• увеличивает диапазон регулирования котла;
• снижает зависимость режимов работы котла от марок исходного угля.

Автономность

• ВУТ может быть основным топливом в негазифицированных районах
• Для приготовления ВУТ может быть использован практически любой уголь. То есть, большинство местных углей.

Особенности ВУТ по сравнению с углём

В период активных исследований сжигания водоугольного топлива в период СССР (в том числе на Новосибирской ТЭЦ-5) было установлено, что воспламенение угля в составе водоугольного топлива происходит при более низкой температуре. Например, угли с высоким содержанием летучих (марки Г, Д) воспламеняются при температурах около 450 градусов вместо 650. Угли с низким содержанием летучих (антрациты) воспламеняются при температуре около 650 градусов вместо 950 . Более низкая температура воспламенения позволяет эффективно поддерживать горение угля в топке по сравнению с традиционным пылеугольным сжиганием, где используется подсветка газом и/или мазутом до 10÷15 %. Более низкая температура горения антрацитов позволяет их эффективно использовать в энергетических котлах без угрозы шлакования, возникающего из-за плавления золы в факеле.

Ограничения применимости ВУТ

Наличие влаги

Совершенно очевидно, что влага, которая может составлять до 40% ВУТ, является балластом и часть энергии от сгорания угля тратится на энергию фазового перехода воды из жидкого состояния в газообразное. Точное значение затраченной энергии нужно считать исходя из теплотворной способности угля. Для углей большинства марок можно считать, что на каждые 10% влаги тратится 1% теплотворной способности угля. Важно отметить, что при сравнении угля и ВУТ необходимо сравнивать влажность ВУТ и влажность исходного угля, которая может составлять до 25%. Например, если исходный уголь имеет влагу 15%, а полученное ВУТ имеет влажность 38%, то дополнительно требуется испарить 38% - 15% = 23% влаги. Несмотря на свою очевидность, этот факт очень часто игнорируется при проведении предварительных расчётов.

Стабильность ВУТ

Типовое ВУТ, полученное на большинстве установок, сохраняет свою стабильность (не расслаивается) в течение суток-двух. Современное оборудование позволяет поднять эту стабильность до недели-двух, и даже до года без применения дополнительных присадок-стабилизаторов. Ограниченная стабильность вынуждает использовать добавки-пластификаторы или специальные способы обработки, когда необходимо увеличить срок хранения ВУТ, что, очевидно, удорожает само топливо. Выходом из данной ситуации является приготовление ВУТ на компактных установках, ближе к моменту потребления. Такой подход позволяет иметь сменный или суточный запас ВУТ в непосредственной близости от потребителя. Основной запас топлива в этом случае обеспечивается за счёт запасов исходного угля.

Абразивный износ форсунок

На первых стадиях применения ВУТ имел место высокий абразивный износ форсунок для сжигания ВУТ. Например, на Новосибирской ТЭЦ-5 первые форсунки служили не более 40 часов. В современных условиях эти вопросы решены, вплоть до выпуска серийных горелочных устройств для ВУТ, прежде всего китайского производства.

Приготовление ВУТ

Классический способ приготовления ВУТ состоит из трёх основных стадий:

1. Дробление рядового угля до грансостава 10..20 мм;
2. Мокрый помол угля (в присутствии воды);
3. Гомогенизация, хранение.

Для дробления угля на первой стадии используются стандартные дробилки: молотковые, щёковые и др. Выбор дробилок осуществляется в зависимости от типа угля, его характеристик: влажность, зольность, твёрдость.

Приготовление в вибромельницах

Вибромельницы для приготовления ВУТ (2* 1,5 т/ч)

Для мокрого помола (вторая стадия) чаще всего использовались вибромельницы различных конструкций. В качестве мелющих тел в вибромельницах используются шары диаметром 20-50 мм. Выбор диаметра шаров определяет грансостав ВУТ на выходе мельницы. Практика использования вибромельниц показала, что для достижения проектных значений грансостава и влажности ВУТ на выходе вибромельницы обязательно должен быть установлен классификатор для разделени продукта помола на готовый (с грансоставом менее заданного) и требующий повторного помола. Таким образом, приготовление ВУТ в вибромельницах, как правило, реализует замкнутый цикл помола.

Дополнительно, к мокрому помолу в вибромельницах целесообразно применение дополнительных гомогенизаторов. Энергозатраты на приготловление ВУТ в вибромельницах составляют обычно от 55 кВт*ч/т, без учёта рециркуляций продукта.

В качестве примера можем привести объект в г. Свердловск (Луганская Обл., Украина),где местной компанией была запущена установка приготовления и сжигания водоугольного топлива на промышленном объекте - сушке технологических углей. На съемках видно, как устроен цех. Система приготовления и сжигания контролируется автоматикой, потребности в рабочей силе минимальны.

Приготовление в ГУУМП

В 2009 году группой компаний Амальтеа был разработан и успешно протестирован Гидроударный Узел Мокрого Помола (ГУУМП), реализующий открытый цикл приготовления ВУТ с заданными характеристиками. Приготовление ВУТ в ГУУМП осуществляется за один проход. Одновременно с мокрым помолом в ГУУМП осуществляется гомогенизация суспензии. Энергозатраты на приготловление ВУТ в ГУУМП составляют 8…10 кВт*ч/т, при этом рециркуляция продукта не требуется.

Стабильность ВУТ

ГУУМП позволяет получить водоугольное топливо, стабильное на протяжении не менее 3..5 суток без применения добавок-пластификаторов, что существенно упрощает технологию приготовления ВУТ. Данная стабильность вполне достаточна для большинства применений ВУТ. При необходимости длительного хранения ВУТ (например, для транспортировки) возможно применение пластификаторов. Также поддержание стабильности ВУТ возможно путём периодической рециркуляции в ёмкостях хранения ВУТ.

Сжигание ВУТ

Теория горения ВУТ

Неправильно считать, что ВУТ горит после того, как из его состава испарится вода, входящая в его состав. Горение ВУТ состоит из нескольких стадий. На первой стадии, помимо испарения воды, имеют место гетерогенные реакции, приводящие к частичной газификации ВУТ с образованием CO и Н 2 , то есть синтезгаз. При температурах около 900 °C вода разлагается на ионы H + и OH − , создавая, таким образом, условия для гетерогенных реакций. Именно данные реакции приводят к снижению температуры воспламенения ВУТ по сравнению с исходным углём (см.выше). В зависимости от выбранного способа сжигания ВУТ доля образования синтезгаза может увеличиваться или уменьшаться. На сегодня можно выделить два основных способа горения ВУТ: факельное (камерное) и в кипящем слое.

Факельное сжигание

Факельное (камерное) сжигание является на сегодня основным способом сжигания ВУТ, особенно в котлах средней и большой мощности. Геометрия котлов, как правило, позволяет организовать факел внутри камеры сгорания таким образом, чтобы частицы угля, входящие в состав ВУТ, могли полностью прогореть.

Как показывает практика горения ВУТ, воспламенение топлива начинается непосредственно у среза форсунки, которая подаёт его внутрь камеры сгорания. К недостаткам способа можно отнести достаточно высокие требования к горелочному устройству котла (форсунке).

Сжигание в кипящем слое

При сжигании ВУТ в кипящем слое струя топлива подаётся на нагретый слой инертного материала. Частицы водоугольного топлива, попадающие на кипящий слой, практически мгновенно воспламеняются. Несомненными преимуществами данного способа сжигания являются относительная простота реализации на котлах небольших мощностей, достаточно большой диапазон регулирования мощностей работы котла (без потери КПД), невысокие требования к качеству подаваемого топлива. К недостаткам можно отнести капиталоёмкость организации кипящего слоя на котлах средней и большой мощности, особенно в случае реконструкции последних.

Сжигание с газификацией

Горение ВУТ в топке кипящего слоя в режиме газификации в котле КВ-0,2

При сжигании ВУТ в кипящем слое возможны технологические решения по реализации режима газификации ВУТ (пиролиза), для которого ВУТ является идеальным сырьём. В этом случае сжигание осуществляется в две стадии: газификация и непосредственное сжигание полученных газов. В зависимости от технологических особенностей возможна комбинация методов сжигания. Синтезгаз, полученный на стадии газификации, попадая в топку котла увеличивает стабильность горения ВУТ. Недостатком метода на сегодняшний день является отсутствие серийно выпускаемых котлов.

ВУТ сегодня

В России

С 2004 года развитие технологии в России получило новый оборот. Первый опытно-промышленный центр приготовления ВУТ с момента закрытия проекта Белово-Новосибирск построен в пос. Ёнский Ковдорского района Мурманской области. Цех приготовления ВУТ в пос. Ёнский использует технологию предыдущего поколения (вибромельницы) для мокрого помола угля и приготовления ВУТ.

Украина

Начиная с 2009 года, цена на импортируемый российский газ для Украины возросла, причиной чему послужил так называемый газовый конфликт . С этого времени особо остро становится вопрос о поиске альтернативных источников топлива и энергобезопасности страны в целом. Правительство Украины на законодательном уровне закрепило ряд приоритетных направлений развития топливно-энергетического комплекса страны. К числу таких инициатив можно отнести:

Также в июне 2012 года было представлено на общественное обсуждение проект изменений в Энергетическую стратегия Украины до 2030 года . Согласно представленному проекту, запланировано постепенное сокращение импорта газа по следующему сценарию: 2015 г. - 33,7, 2020 г. – 27,1, 2025 г. – 20, 2030 г. – 5 млрд.куб.м/год. Проектом запланировано увеличение собственной добычи газа в два раза до 44 млрд.куб.м/год.

Очевидное стремление правительства к обеспечению энергетической безопасности и поиску альтернативных источников энергии, находит свое отражение в деятельности научных организаций и коммерческих предприятий. Научно-исследовательский проектно-конструкторский институт «Углемеханезация» (г. Луганск) ведет разработки в направлении внедрения водоугольных технологий и отрабатывает технологию на котельной в г. Нововолынске; компания «Украинское тепло» совместно с китайскими специалистами запустила промышленную сушку технологических углей, работающую на водоугольном топливе в октябре 2012 года; ряд коммерческих предприятий являются представителями основных мировых производителей оборудования для водоугольного топлива.

Примечания

1. Перевод китайского стандарта на ukrheat.com (оригинал)
2. Углепровод Белово-Новосибирск . vodougol.ru . Архивировано
3. Российский опыт внедрения промышленной технологии производства водоугольного топлива . RosTeplo.ru . Архивировано из первоисточника 5 декабря 2012.
4. . Архивировано из первоисточника 5 декабря 2012.

Д.т.н. В.И. Мурко, директор, ФГУП «НПЦ «Экотехника»;
В.И. Федяев, генеральный директор,
Д.А. Дзюба, руководитель сектора компьютерного моделирования,
ЗАО «НПП «Сибэкотехника», г. Новокузнецк;
В.Я. Сейбель, директор, Н.А. Столяров, гл. инженер,
Беловский завод горношахтного оборудования, г. Белово Кемеровской обл.

Высокая себестоимость выработки тепловой энергии на угольных котельных обусловлена использованием в большинстве котлов малоэффективного слоевого сжигания угля. В лучшем случае КПД таких котлов достигает 60%, что в результате приводит к перерасходу топлива. В то же время тяжелый труд кочегаров в таких котельных является малопривлекательным для квалифицированных рабочих.

В Кузбассе в 2004 г. запущена в эксплуатацию опытно-промышленная установка по приготовлению и сжиганию экологически чистого водоугольного топлива (ВУТ) на основе угольных шламов шахты «Тыганская» в г. Прокопьевске (рис. 1-3).

Приготовление ВУТ производится из угольного шлама гидродобычи, доставляемого автотранспортом на склад установки. Характеристика угольного шлама: влажность - до 25%, зольность - до 30%, крупность - 0-6 мм. Угольный шлам выгружается автотранспортом на решетку с размером ячейки 25x25 мм приемного бункера вместимостью ~ 0,8 м 3 . Посторонние включения (порода, щепа, металл и т.п.) удаляются с решетки вручную. Далее шлам скребковым транспортером и элеватором подается в бункер ленточного дозатора.

Дозирование и подача угольного шлама в вибромельницу ВМ-400 осуществляется ленточным питателем-дозатором и вторым скребко вым транспортером. Одновременно в мельницу дозированно подается техническая вода с раствором реагента - пластификатора. Водный раствор реагента приготавливается на отдельном участке.

Таблица 1. Характеристики ВУТ.

В вибрационной мельнице осуществляется мокрое измельчение угольного шлама и приготовление ВУТ. Из мельницы водоугольная суспензия поступает в промежуточную емкость, из которой насосом подается в механический активатор и затем направляется в аккумулирующую емкость. В процессе приготовления водо- угольного топлива периодически отбираются пробы ВУТ, которые анализируются на массовую долю твердой фазы, зольность, гранулометрический состав, вязкость, стабильность.

В результате работы установки получают во- доугольное топливо с характеристиками, представленными в табл. 1.

В котельной шахты на совместное сжигание рядового угля и ВУТ переведен котел КЕ-10- 14С. Совместное слоевое сжигание угля на движущейся решетке и распыляемого с помощью форсунок ВУТ в топке котла обеспечивает ус

тойчивую и более экономичную работу котла в эксплуатационном режиме. Результаты сжигания водоугольного топлива в котле представлены в табл. 2.

Установка создана по технологии и чертежам ЗАО НПП «Сибэкотехника» при финансовой поддержке и участии специалистов УК «Проко- пьевскуголь».

Результаты проведенных опытно-промышленных работ по приготовлению ВУТ и сжиганию его в котле со слоевой топкой показали, что снижение расхода угля более чем в два раза с одновременной подачей ВУТ в количестве до 2 т/ч обеспечивает увеличение тепловой мощности котла в 1,4 раза с соответствующим повышением давления пара. При этом наблюдается устойчивая работа котла при снижении подачи ВУТ до 50% от максимальной. По результатам замеров вредных выбросов определено, что при совместном сжигании угля и ВУТ происходит снижение удельных выбросов СО в 2,1 раза и NOx в 1,3 раза. Расчеты показали, что стои мость 1 Гкал при использовании ВУТ снизилась более чем в 1,5 раза.

Таблица 3. Характеристики работы котла КП-0,55 на ВУТ.

В настоящее время объемы производства ВУТ позволяют обеспечить топливом не только котельную шахты. Излишки топлива отгружаются для ОАО «Хлеб» (г. Новокузнецк), где на сжигание ВУТ переведен газомазутный паровой котел КП-0,55 (рис. 4). Отгрузка топлива из аккумулирующей емкости установки шахты «Тырган- ская» производится насосом непосредственно в автоцистерну объемом 2 м 3 . Расстояние доставки составляет около 50 км. Выгрузка ВУТ производится в аккумулирующую емкость на территории котельной хлебозавода. Сжигание ВУТ в котле производится по принципу низкотемпературного вихревого горения. Зажигание ВУТ осуществляется с использованием существующей системы подачи высокореакционного топлива (нефти).

Основные характеристики работы котла на ВУТ представлены в таблице 3.

В результате применения ВУТ экономический эффект составил более 2,5 тыс. руб. при замене каждой тонны жидкого нефтяного топлива.

В 2005 г. на Беловском заводе горношахтного оборудования (БЗГШО) (Кемеровская обл.) смонтирован и запущен в эксплуатацию пилотный технологический комплекс по приготовлению и сжиганию ВУТ (рис. 5). Одновременно на БЗГШО создана брикетная установка по производству брикетного топлива из угля и угольных шламов. На этом же заводе в настоящее время решаются задачи организации изготовления необходимого комплекса оборудования для комплектации модульных установок приготовления ВУТ, брикетных установок и технологических комплексов, поставки сопутствующего оборудования, сборки разработанных комплексов и обучения эксплуатационного персонала.

Приведенные выше результаты опытно-промышленных и промышленных работ по сжиганию нового жидкого вида топлива из угля - экологически чистого композиционного водоуголь- ного топлива - позволяют сделать вывод о том, что широкое внедрение ВУТ позволит значительно снизить затраты на выработку тепловой и электрической энергии за счет исключения из топливного баланса дорогостоящих видов топлива и эффективного использования угля при его сжигании, а также сократить уровень вредных выбросов в атмосферу.