На сегодняшний день значительное количество энергии, вырабатываемой потребляемой в мире, получают за счет сжигания органического топлива. Кроме нефти и природного газа достаточно активно используется также и каменный уголь. На современных тепловых электростанциях твердые виды топлива обычно измельчают до пылевидного состояния и в смеси с воздухом подают в топочную камеру. Этому предшествует подготовка крупных кусков влажного каменного угля, которая включает грубое дробление угля на части размером несколько десятков миллиметров, их подсушку и размол до пылевидного состояния.

Главным преимуществом использования каменного угля в таком виде является существенное увеличение поверхности реагирования. Благодаря этому улучшаются условия сжигания и повышается коэффициент полезного действия топочных агрегатов. Кроме того, применение пылевидного каменного угля не ограничивает единичную мощность котла по условиям сжигания, позволяет полностью механизировать топочный процесс и делает более простым процесс регулирования.

Существуют также альтернативные способы использования угольной пыли для получения энергии. В первую очередь речь идет о совместном сжигании каменного угля с биомассой и приготовлении водоугольного топлива.

На теплоэлектростанциях, эксплуатирующихся в Европе и Северной Америке, в последние годы все чаще практикуется совместное сжигание угля с древесными пеллетами. К такому нововведению прибегают с целью сокращения вредных выбросов.

Существует несколько возможных вариантов совместного сжигания угля и биомассы: параллельное сжигание, непрямое совместное сжигание и прямое совместное сжигание.

При прямом совместном сжигании уголь и биомасса готовятся, измельчаются и подаются в котел одновременно. Непрямое совместное сжигание характеризуется раздельной подготовкой угля и измельченной биомассы. При параллельном совместном сжигании для сжигания угля и биомассы используются отдельные котлы.

Еще одним вариантом снижения количества вредных выбросов является использование водоугольных суспензий (водоугольных топлив). Они характеризуются низкой температурой горения, что позволяет снизить выбросы оксидов азота на величину до 70%.

Основные методы дробления угля

На практике для измельчения каменного угля используются специальные устройства – мельницы.

Шаровые барабанные мельницы позволяют молоть и одновременно сушить как мягкие топлива с повышенной влажностью, так и твердые топлива. Они могут измельчать уголь до пылевидного состояния, но обладают недостатками в виде громоздкости и сложности оборудования, а также значительного удельного расхода электроэнергии.

Шаровые и валковые среднеходные мельницы недостаточно эффективны при обработке предметов повышенной прочности. Это выражается в ухудшении раздавливания, увеличении доли крупных кусков и уменьшении выноса пыли. Есть трудности также и при размоле влажных зольных углей, которые сливаются и спрессовываются под размольными органами, что приводит к ухудшению размола.

Молотковые мельницы позволяют вести одновременный размол и подсушку топлива при помощи воздуха или газовоздушной смеси. Основной недостаток таких устройств – это сравнительно быстрый износ бил (молотков) и необходимость их замены уже после 300-600 часов работы.

Измельчение угля: опыт для получения водоугольного топлива

Запасы природных энергоносителей распределены неравномерно и многие страны испытывают острый дефицит такого сырья.

Это заставляет, во-первых, искать более дешевые варианты импорта энергоносителей из-за рубежа, во-вторых, предпринимать меры, направленные на их экономное использование, а, в-третьих, искать альтернативные источники получения тепла и энергии, такие как водоугольное топливо (ВУТ).

Специалисты отмечают, что среди альтернативных топлив хорошие перспективы имеет так называемое водоугольное топливо (ВУТ). ВУТ – это дисперсная система, состоящая из воды, мелкодисперсного угля и химической добавки. Впервые активно о замене традиционных энергоносителей ВУТ заговорили еще в 70-х годах прошлого века, что было вызвано наступлением «нефтяного кризиса». Произошло это силами китайских, японских, американских и шведских ученых. Япония и Китай не отказались от этой идеи и продолжают работы по данной тематике в настоящее время.

Выделим основные моменты, которые позволяют ВУТ рассматриваться в качестве реальной альтернативы традиционным энергоносителям:

• низкая температура горения (снижение выбросов оксидов азота на 70%);
• взрыво- и пожаробезопасность;
• наличие всех технологичных свойств, характерных для жидких топлив;
• стабильность свойств при длительном хранении и транспортировке;
• переход теплоэнергетических установок на ВУТ не требует существенного изменения действующих конструкций;
• снижение стоимости одной тонны условного топлива;
• снижение себестоимости вырабатываемой энергии.

Поскольку ВУТ содержит от 60 до 70% тонкоизмельченного угля размером 45… 250 микрон, то для его производства необходимо задействовать специальные мельницы. Традиционная технология получения ВУТ предусматривает использование шаровых и стержневых мельниц «мокрого» помола для дробления. При этом энергозатраты в среднем составляют от 86 до 248 кВт×ч/т.

Оборудование для измельчения и дробления угля от компании GlobeCore

Все известные способы измельчения каменного угля характеризуются сложностью и громоздкостью оборудования, а также большими энергозатратами.

Аппараты вихревого слоя конструктивно напоминают асинхронный двигатель. Основное отличие состоит в отсутствии ротора, на месте которого располагается рабочая зона. Аппарат получает питание от трехфазной сети, что позволяет генерировать вращающееся электромагнитное поле промышленной частоты. Обрабатываемый материал подается в рабочую зону, туда же добавляются и специальные ферромагнитные частицы. Последние под воздействием поля начинают вращаться, осуществляя ударные воздействия по обрабатываемому материалу.

Нами были проведены исследования возможности измельчения каменного угля до пылевидного состояния с помощью аппаратов вихревого слоя типа АВС-100. В качестве исследуемого сырья выступал уголь антрацит (орешек) общей массой 250 гр. При этом использовались ферромагнитные частицы диаметром 3 мм. В результате удалось добиться измельчения каменного угля до пылевидного состояния всего за полторы минуты.

Результаты, полученные в ходе проведения экспериментов, позволяют утверждать, что на измельчение каменного угля с помощью аппаратов вихревого слоя тратиться существенно меньше времени и электроэнергии, чем при известных способах обработки топлива.

Компания GlobeCore производит аппараты вихревого слоя как серийно, так и по индивидуальному заказу. Данное оборудование может использоваться в системах:

• подготовки топлива для пылевидного сжигания;
• подготовки водоугольного топлива;
• совместного сжигания каменного угля и биомассы.

На базе аппаратов вихревого слоя от компании GlobeCore можно проектировать и реализовать как абсолютно новые системы, так и модернизировать уже существующие.