ПОЛУЧЕНИЕ ВЫСОКОКОНЦЕНТРИРОВАННОГО ВОДОУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА НА ОСНОВЕ БУРОГО УГЛЯ РАЗНОЙ СТЕПЕНИ ОКИСЛЕННОСТИ

Савицкий Д. П., Макаров А. С., Егурнов А. И., Институт коллоидной химии и химии воды
Национальной академии наук Украины, Киев, Украина

В связи с сокращением запасов нефти и газа и ростом цен на энергоносители необходим поиск новых энергоресурсов. Одно из решений этой проблемы — создание альтернативных топливных материалов на основе угля, в том числе водоугольного топлива, представляющего собой высококонцентрированную водоугольную суспензию (ВВУС), в которой дисперсной фазой являются частицы угля размером менее 250 мкм, а дисперсионной средой — вода. Для приготовления ВВУС можно использовать угли разных марок, отходы углеобогащения, шахтные и промышленные воды и др.

Преимущества такого топлива — более высокая теплота сгорания при меньшем расходе воздуха, а также высокая степень выгорания. Минеральные компоненты угля при выгорании капли агломерируются, образуя высокопористые сферы, что позволяет вести процесс с малым избытком воздуха. Мелкодисперсные частицы золы укрупняются в прочные пористые ксеносферы размером 0,3–0,5 мкм и легко задерживаются обычными механическими сепараторами. Степень улавливания таких зольных агломератов достигает 95–99 %, что предотвращает загрязнение атмосферы. В зоне горения капель ВВУС происходит восстановление окислов азота и серы, в результате чего в 1,5–2 раза сокращаются выбросы этих газов по сравнению со сжиганием угля в пылевидном состоянии. Стоимость ВВУС в расчете на тонну условного топлива ниже стоимости мазута в 2–4 раза и всего на 10–15 % превышает цену угля.

Сложность приготовления ВВУС состоит в необходимости создания стабильной дисперсной системы с невысокой вязкостью и максимально возможным содержанием твердой фазы. При получении ВВУС из каменного угля удалось достигнуть концентрации твердой фазы 60–65 %.

Согласно энергетической стратегии Украины, планируется увеличение объемов добычи бурого угля открытым способом. Реакционная способность бурого угля на порядок выше, чем каменного и антрацита, а температура воспламенения вследствие высокой концентрации летучих веществ (30–50 %) значительно ниже. Однако он имеет повышенную исходную влажность, что в значительной мере затрудняет процесс получения ВВУС с требуемыми реологическими и теплофизическими характеристиками.

Задача данного исследования — разработка способа приготовления на основе бурого угля разной степени окисленности ВВУС с максимально возможным содержанием твердой фазы, минимальной вязкостью и необходимой седиментационной устойчивостью.

Исследовали окисленные и свежедобытые (неокисленные) бурые угли марки Б, группы 1Б с влажность 56,5 %, зольностью 18,4 % (Донецкий бассейн, г. Александрия, Демитровский разрез). Для увеличения содержания твердой фазы в ВВУС и удельной теплоты сгорания топлива снижали влажность угля, подсушивая его до постоянного веса при температуре 110 °С, которая не приводит к заметному изменению физико-химических свойств угля. Чтобы обеспечить седиментационную устойчивость системы и стабильность ее реологических характеристик при хранении и транспортировании, в ВВУС в качестве пластификатора вводили лигносульфонат натрия (ЛСТNa)

Его использовали также в сочетании с NaOH, который интенсифицирует механодеструкцию и оказывает разжижающий эффект.

На рис. 1 показаны зависимости от времени вязкости суспензий, приготовленных из окисленного и неокисленного бурых углей. Содержание твердой фазы в ВВУС составляет 50 %. В качестве пластификатора введен 1 % ЛСТNa.

Рис. 1. Изменение со временем вязкости ВВУС, содержащей 50 % твердой фазы, в присутствии 1 % ЛСТNa:
1 — окисленный бурый уголь; 2 — неокисленный бурый уголь

Вязкость ВВУС из неокисленного угля намного ниже, чем из окисленного, и более стабильна во времени. Это, очевидно, можно объяснить уменьшением адсорбции пластификатора из-за низкой адсорбционной активности окисленного угля.

Наличие щелочи (рис. 2) значительно повышает стабильность и снижает вязкость ВВУС, приготовленной как из окисленного, так и неокисленного бурого угля. Это указывает на совокупность электростатического и стерического эффектов и более полную адсорбцию пластификатора.

Рис. 2. Изменение со временем вязкости ВВУС, содержащей 50 % твердой фазы, в присутствии 1 % смеси с различным содержанием ЛСТNa и NaOH:
1 — окисленный бурый уголь, ЛСТNa (80 %) + NaOH (20 %); 2 — окисленный бурый уголь, ЛСТNa (90 %) + NaOH (10 %); 3 — неокисленный бурый уголь, ЛСТNa (80 %) + NaOH (20 %); 4 — неокисленный бурый уголь, ЛСТNa (90 %) + NaOH (10 %)

Таким образом, с помощь предложенного метода удалось получить пригодную для сжигания в котлах и печах ВВУС с концентрацией твердой фазы 50 % и требуемыми реологическими свойствами. Доказана необходимость использования свежедобытого угля для получения ВВУС. В дальнейшем исследования будут направлены на повышение концентрации твердой фазы в системе и создание других композиционных топливных материалов.

DEVELOPMENT OF CONCENTRATED COAL-WATER FUEL SLURRY MADE OF BROWN COAL WITH VARIOUS OXIDATION LEVELS

Savitskiy D. P., Makarov A. S., Egurnov A. I., Institute of Colloid Chemistry and Water Chemistry,
National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine

The concentrated coal-water fuel slurry containing 50 % of brown coal has been derived for burning in boiler units and furnaces. Sodium lignosulphonate in combination with caustic soda are used as plasticizing agent.

Главная страница

Сведения об авторах

Савицкий Денис Павлович, аспирант, Институт коллоидной химии и химии воды НАН Украины, бул. Вернадского, 42, Киев-142, МСП, 03680, Украина. Тел. (044) 424-01-96, факс (044) 423-82-24. Е-mail
Макаров Анатолий Семенович, д-р техн. наук, Институт коллоидной химии и химии воды НАН Украины, бул. Вернадского, 42, Киев-142, МСП, 03680, Украина. Тел. (044) 424-01-96, факс (044) 423-82-24

Последние изменения внесены 18.08.08