Реферат на тему:
Брикетування вугілля
Зростання видобутку вугілля комбайнами приводить до утворення великої
кількості тонкозернистої і пилоподібної сировини, для промислового і
комунального використання якої потрібне її грудкування.
Грудкування – це перетворення дрібнозернистих корисних копалин в
грудковий продукт за рахунок механічних або термічних впливів із
застосуванням спеціальних добавок або без них. Одним з різновидів
грудкування (нарівні з коксуванням і ін.) є брикетування:
фізико-хімічний процес отримання механічно і термічно міцного сортового
продукту брикету, що має задану геометричну форми, розміри і масу.
Брикети використовуються у вугільній, коксохімічній, металургійній,
хімічній і ін. галузях промисловості, а також як побутове паливо. У
залежності від властивостей корисних копалин і призначення брикети
повинні задовольняти наступним вимогам:
а) володіти атмосферостійкістю, не руйнуватися від температурних
коливань і атмосферних осадів;
б) мати достатню механічну міцність, витримувати досить високі ударні
навантаження і чинити опір стиранню і вигину;
в) мати достатню пористість, що забезпечує хорошу проникність газів при
високих температурах горіння;
г) містити мінімальну кількість вологи, яка обумовлює додаткові витратит
енергії на випаровування і знижує газопроникність брикетів;
д) володіти температуростійкістю не руйнуватися від впливу високих
температур.
Вуглебрикетне виробництво дозволяє отримати високоякісне і
транспортабельне паливо, скоротити втрати вугілля при зберіганні,
перевезеннях і спаленні, запобігти самозайманню вугілля, залучити для
коксування додаткові ресурси неспікливого вугілля, ефективно використати
низькоякісні місцеві види палива і збільшити видобуток бурого вугілля
для використання в енергетиці.
Брикетування вугілля здійснюється зі зв’язуючими і без зв’язуючих. За
призначенням вугільні брикети бувають побутовими і промисловими.
Побутові брикети можуть бути овальної, подушкоподібної або будь-якої
іншої округлої форми масою 30-50 г. Для надання їм підвищеної термічної
і механічної міцності, а також властивостей бездимного палива їх іноді
піддають термообробці.
Промислові брикети служать сировиною для напівкоксовання бурого і
коксування кам’яного неспікливого вугілля. Вони можуть виконувати
функції теплоізоляційного матеріалу, замінюють дефіцитний графіт,
використовуються як основний матеріал для отримання різних електродів.
Брикетування, як технологічний процес грудкування корисних копалин,
складається з ряду виробничих операцій:
Підготовка сировини до пресування: дроблення, грохочення і сушка;
підготовка зв’язуючих речовин: дозування, змішування, нагрів і
охолоджування шихти перед пресуванням.
Пресування шихти з прикладенням необхідних зусиль, що визначаються в
залежності від фізико-хімічних властивостей і складу матеріалу, що
брикетується.
Обробка свіжих брикетів з метою найшвидшого їх затвердіння
(охолоджування, пропарка, карбонізація, сушка, відновне випалення і
ін.).
Складування і навантаження готових брикетів.
Формування структури брикетів зі зв’язуючими розглядають як один з
випадків склеювання роз’єднаних твердих частинок за допомогою клеїв.
Основу структуроутворення складають стохастичні процеси взаємного
розташування і адгезійної взаємодії окремих контактуючих елементів
системи. Агрегатоутворення визначає прилипання і склеювання. Прилипання,
як початковий стан процесу склеювання, пов’язане з утворенням
впорядкованої клейової плівки на поверхні твердих частинок. Для
прилипання характерно в’язкотекучий (іноді рідкий) стан зв’язуючого.
Подальші процеси приводять до структурування клею і набуття агрегатом
максимальної міцності. Роз’єднані тверді частинки, покриті зв’язуючим,
об’єднуються (склеюються) в брикет.
Прилипання і склеювання залежать від фізичних і хімічних властивостей
клею (зв’язуючого) і твердого тіла. Особливе значення мають температура,
ступінь полімеризації, полярність і структура зв’язуючого, а також
природна сумісність взаємодіючих речовин.
Збільшення температури інтенсифікує дифузію клею в пори і тріщини
твердого тіла. Збільшення тиску в місці контакту сприяє рівномірному
розподілу клею по поверхні частинок. Зі зростанням часу контакту зростає
глибина проникнення молекул зв’язуючого в пори і тріщини. Зі збільшенням
шорсткості твердих частинок зростає дійсна площа контакту, поліпшуються
умови проникнення зв’язуючого в мікро- і макродефекти, крім того на
нерівній поверхні шматочків можливе заклинення клею в макродефектах,
сприяє прилипанню.
Вплив зв’язуючого зумовлено його специфічними властивостями. З
пониженням його молекулярної маси збільшується його рухливість і воно
краще розтікається по поверхні твердого тіла, легше дифундує в пори і
тріщини, однак воно не створює достатнього зчеплення між частинками, і
брикет не має необхідної механічної міцності. Зв’язуючі з великою
молекулярною масою малорухливі, високов’язкі, мають малу дифузійну
здатність, щосуттево поліпшує контакт “вугілля-зв’язуюче” і врезультаті
негативно впливає на міцність брикетів. Оптимальну клеючу здатність має
зв’язуюче із середньою молекулярною масою.
Полярність зв’язуючого сприяє виникненню хімічних і дифузійних
взаємодій, однак, підвищена полярність посилює структуру, знижує
дифузійну активність і в’яжучі властивості клею.
Гранулометричний склад визначає сумарну поверхню зерен, кількість і
величину пустот в структурному каркасі брикетів, вміст гострокутних
зерен, рельєф твердої поверхні і наявність пилоподібних частинок. Підбір
суміші частинок різної крупності полягає в забезпеченні найбільш щільної
упаковки. Щільність упаковки тісно пов’язана з розміром зерен. Наявність
пилоподібних частинок приводить до зростання витрат зв’язуючих, але
сприяє ущільненню і зміцненню брикетів. Міцність брикетів тим нижче, чим
однорідніше ситовий склад.
Внаслідок нагріву досягається тонкошарове розтіканням зв’язуючих по
твердій поверхні і посилення зв’язку в їх адсорбційних шарах. Для
посилення міцності брикетів при слабому нагріві необхідно збільшити
витрату зв’язуючого.
Надлишок вологи не дозволяє зв’язуючим міцно прилипнути до твердих
частинок, механічна міцність брикетів знижується.
Фізична суть процесу пресування полягає в пластичній деформації
матеріалу під тиском. Під пластичністю брикетної суміші розуміють її
здатність змінювати свою форму під впливом зовнішніх сил без утворення
тріщин і зберігати отриману форму після зняття тиску.
Пластичність росте із збільшенням температури і характеризує придатність
суміші до пресування, відображаючи рухливість суміші, кут внутрішнього
тертя, зчеплення, прилипання і пружність.
Структурна міцність брикетів остаточно набувається в процесі
охолоджування. Брикет, що виходить з процесу має температуру, близьку до
температури розм’якшення зв’язуючого. Охолоджування брикетів
здійснюється повітрям.
Як зв’язуюче при брикетуванні кам’яного вугілля і антрацитів
використовуються важкі залишки переробки смолистих нафт,
кам’яновугільний пек, сульфід-спиртова барда, побічний продукт переробки
деревини за сульфатним целюлозу по сульфатному методу, гумати натрію і
амонію, сланцеві бітуми, смола напівкоксування і фуси напівкоксування, а
також суміші перерахованих вище органічних речовин.
Молоде буре вугілля, яке брикетують без зв’язуючого, можна розглядати як
високомолекулярні сполук нерегулярної будови, властивості яких багато в
чому визначаються процесами колоїдного набухання. Брикетування такого
вугілля можна розглядати як складний багатостадійний процес утворення
міцного комплексу за рахунок високого тиску пресування. Існує декілька
гіпотез утворення брикетів з бурого вугілля.
Колоїдна гіпотеза оцінює брикетуємість бурого вугілля з позиції дії
молекулярних сил. При зближенні частинок вугілля до відстаней, коли
починається дія молекулярних сил, відбувається зчеплення поверхневих
шарів з утворенням брикетів. Ця гіпотеза оцінює вологу як зв’язуючий
прошарок, сприяючий ковзанню частинок одино відносно одної.
За капілярною гіпотезою буре вугілля розглядається як пружний
нееластичний гель, що має велику внутрішню поверхню за рахунок безлічі
капілярів, всередині яких міститься вода. При пресуванні частина води
видавлюється з капілярів, заповнюючи проміжки між зернами. У місцях
контакту зерен через водний шар виникають сили капілярного натягу і сили
зчеплення. У залежності від товщини плівки змінюється міцність брикетів.
Максимальна вона при мономолекулярній плівці води.
Бітумна гіпотеза брикетування бурого вугілля розглядає процес як аналог
брикетування зі зв’язуючим, роль яког відігравають бітуми, що містяться
в бурому вугіллі. Бітуми, вміст яких в молодому вугіллі становить 5-20
%, плавляться при температурі біля 900С і в розплавленому стані
володіють хорошою клеючею здатністю. У самій вузькій частині
формовочного каналу штемпельного преса (буклі) вугілля нагрівається до
250-300 0С, і бітуми, що виділяються при цьому обволікають тонкою
рівномірною плівкою поверхню вугілля і в умовах підвищеного тиску
пресування зв’язують окремі зерна в брикет чорного кольору з блиском,
характерним для бітумів.
За гуминово-кислотною гіпотезою брикетуємість вугілля залежить від
вмісту в ньому гумінових кислот, які виступають в ролі зв’язуючих,
виділяючись в процесі пресування. Чим більше в бурому вугіллі гумінових
кислот, тим вище його вологість і краща брикетуємість.
Найбільш сучасною і довершеною є гідраційно-молекулярна теорія. Згідно
неї основними параметрами, що визначають брикетуємість, є залишкова
волога після сушки і крупність вугілля. Головними елементами цієї
гіпотези є оптимальне співвідношення адсорбційної і капілярної вологи в
зовнішніх і внутрішніх шарах вузьких класів крупності “сушонки” і
кількість вологи, що видавлюється при певному тиску пресування.
Основними чинниками, що впливають на процес отримання міцних брикетів з
бурого вугілля, є вологість і крупність вугілля, тиск і температура
пресування, сушка і охолоджування брикетів.
Оптимальна вологість “сушонки”, що відповідає найбільшій міцності
брикетів, залежить від тиску пресування, крупності “сушонки”, природи і
ступеня окиснення поверхні вугілля. Гранулометричний склад тісно
пов’язаний з процесом пресування, оскільки при зниженні крупності меншає
час і кількість енергії, що затрачуються на крихкі і пружні деформації
матеріалу і збільшується частка енергії і часу на корисні пластичні
деформації. Для брикетів, що використовуються в побуті, верхня межа
крупності становить 4-6 мм, для технологічних брикетів до 2 мм. У
першому випадку це продиктовано умовами займистості, у другому –
підвищеною щільністю структури, необхідною для подальшої термічної
переробки.
Для ущільнення брикетної суміші при брикетуванні вугілля і антрациту зі
зв’язуючими звичайно застосовують вальцові преси, що розвивають зусилля
пресування 20-50 МПа. Пресування бурого вугілля здійснюють в штемпельних
пресах під тиском 80-120 МПа. Іноді буре вугілля брикетують в кільцевих
пресах.
Таким чином, брикетування є однією з перспективних галузей, що
забезпечує високий потенціал паливно-енергетичного комплексу і
комунального господарства.
ЛІТЕРАТУРA
Саранчук В.И., Айруни А.Т., Ковалев К.Е. Надмолекулярная организация,
структура и свойства углей.- К.: Наукова думка.
Саранчук В.И., Бутузова Л.Ф., Минкова В.Н. Термохимическая деструкция
бурых углей.- К.: Наукова думка, 1984.
Нестеренко Л.Л., Бирюков Ю.В., Лебедев В.А. Основы химии и физики
горючих ископаемых.- К.: Вища шк., 1987.-359с.
Бухаркина Т.В., Дигуров Н.Г. Химия природных энергоносителей и
углеродных материалов.-Москва, РХТУ им. Д.И. Менделеева,-1999.-195с.
Агроскин А. А., Глейбман В. Б. Теплофизика твердого топлива.– М. Недра
1980.– 256 с.
Глущенко И. М. Теоретические основы технологии твердых горючих
ископаемых.– К. : Вища шк. Головное изд-во, 1980.– 255 с.
Еремин И. В., Лебедев В. В., Цикарев Д. А. Петрография и физические
свойства углей. — М. : Недра, 1980. — 266 с.
Касаточкин В. И., Ларина Н. К. Строение и свойства природных углей.– М
: Недра, 1975.– 159 с.
Раковский В. Е., Пигулееская Л. В. Химия и генезис торфа.–М. : Недра,
1978.–231 с.
Саранчук В. И. Окисление и самовозгорание угля.– К. : Наук. думка,
1982.– 166 с.
Стрептихеев А. А., Деревицкая В. А. Основы химии высокомолекулярных
соединений.– 3-е изд., перераб. и доп.– М. : Химия, 1976.– 436 с.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
