Основні схеми пилоприготування

Приготування вугільного пилу з кускового палива проводиться в системі спеціальних пристроїв, в яких послідовно здійснюються первинне грубе подрібнення палива на шматки розміром в декілька десятків міліметрів, сушіння і його помол до пилоподібного стану з розміром частинок в декілька десятків або сотень мікрометрів. Часто помол і сушіння палива суміщають в одному пристрої.

Величина палива після попереднього грубого подрібнення (в валкових або молоткових дробарках) впливає на подальші етапи його сушіння і помолу. З збільшенням величини палива зростає витрата енергії на приготування пилу, збільшується зношення розмелюючих органів, а продуктивність млина знижується.

Рекомендують наступні характеристики подріблення палива:

Залишок на ситі 5×5 мм R₅,% 20

Залишок на ситі 10×10 мм R₁₀,% 5

Максимальний розмір кусків, мм Не більше 15

Для вологих палив у випадку замазування подрібнюючого устаткування максимальний розмір кусків може бути до 25 мм.

Після грубого подрібнення сирого палива з нього віддаляються металеві предмети і тріски, які потрапили в паливо при видобуванні і транспортуванні.

Для помолу палива використовують центральні і індивідуальні системи пилоприготування.

Схема центральної системи пилоприготування показана на рис. 1 а. Попередньо підготовлене паливо з бункера сирого роздробленого вугілля поступає в сушарку далі в млин, а потім в центральний бункер готового пилу. Пиловим насосом пил подається у витратні пилові бункери котлів. З бункерів пил поступає в топкову камеру, куди також подається повітря вентилятором.

Позитивною особливістю центральної системи пилоприготування є незалежність млинів від роботи котла. Млин може працювати періодично, однак з повним навантаженням, коли питома витрата електроенергії на пилоприготування виходить найменшою. В топку котла пил подається підсушеним до заданої вологості. Разом з тим центральне пилоприготування (пилозавод) відрізняється складністю, високою початковою вартістю і значними експлуатаційними затратами. При такій схемі пилоприготування разом з підсушуючим агентом в атмосферу викидається і деяка кількість палива. Центральна система пилоприготування використовується для блоків більше 500-800 МВт. Доцільність її використання має вирішуватися на основі техніко-економічних розрахунків.

Рис. 1. Принципові схеми систем пилоприготування:

а) центральна; б) індивідуальна з прямим вдуванням; в) індивідуальна з проміжним бункером пилу

1 - бункер сирого роздробленого вугілля; 2 - сушарка; 3 - млин; 4 - центральний бункер готового пилу; 5 - насос для пилу; 6 - витратний бункер; 7 - вентилятор; 8 - топка котла; 9 - проміжний бункер; 10 - шнек для пилу

Індивідуальна система пилоприготування характеризується приготуванням пилу безпосередньо біля котельної установки з використанням для сушіння палива і його пневмотранспорту гарячого повітря або продуктів згорання, які утворюються в котлі. Розрізняють індивідуальні системи пилоприготування з прямим вдуванням і з проміжним пиловим бункером.

Індивідуальна система пилоприготування з прямим вдуванням (рис. 1 б) відрізняється жорстким зв'язком млина з котлом. Зміна навантаження котла вимагає і зміни режиму роботи млина. При роботі котла з пониженим навантаженням млин (якщо він один) виявляється недовантаженим. В той же час при зменшенні продуктивності млина знижується і навантаження котла.

Індивідуальна система пилоприготування з проміжним пиловим бункером показана на рис. 1 в. В цьому випадку робота пилоприготувального устаткування незалежить від роботи котла, що є основною перевагою цієї системи пилоприготування. Наявність проміжного пилового бункера підвищує надійність установки. Цьому сприяє також зв'язок млинових пристроїв окремих котлів за допомогою пилових шнеків, які дозволяють передавати пил в разі потреби від одного котла до іншого. В індивідуальній системі пилоприготування з проміжним бункером також є можливість повного завантаження млинового устаткування. Млиновий вентилятор тут знаходиться в значно сприятливіших умовах, це викликано тим, що основна маса пилу через вентилятор не проходить. До недоліків схеми з проміжним пиловим бункером відноситься, зокрема, збільшення витрат на устаткування.

Індивідуальна система пилоприготування з прямим вдуванням знаходить використання при спалюванні високореакційного бурого і кам'яного вугілля, яке допускає грубий помол. Індивідуальна система пилоприготування з проміжним бункером застосовується для потужних котлів при роботі на худому і малореакційному вугіллі, яке вимагає тонкого помолу.

Сушіння палива

Для покращення помолу палива, зберігання і транспортування пилу, а також інтенсифікації його запалення і горіння паливо підсушують. Однак надмірне підсушування пилу не допускається за умовами самозаймання і вибухобезпечності.

Розрізняють сушіння палива по замкнутій і розімкненій схемах. При замкнутій схемі відпрацьований в системі пилоприготування сушильний агент разом з пилом скидають в топку. При розімкненій схемі відпрацьовані сушильні гази скидають в атмосферу. Прикладом замкнутої схеми сушіння є індивідуальна система пилоприготування з прямим вдуванням (рис. 1 б), прикладом розімкненої схеми - центральна система пилоприготування (рис. 1 а). Після підсушування палива в індивідуальній системі пилоприготування з проміжним бункером сушильний агент, як правило, скидається в топку.

Вологість робочого палива W^р може бути представлена як сума гігроскопічної вологості W^гі і зовнішньої вологості W^зов. Значення W^гі для різних видів палива різні. Так, для антрациту W^гі = 2,5 %, для торфу 11 %.

Для відносно сухого вугілля при зовнішній вологості, яка не перевищує 10 %, сушіння палива проводиться одночасно з помолом в млині шляхом подачі всередину млина гарячого повітря або продуктів згорання (рис. 2 а).

Рис. 2. Схема організації сушіння палива:

1 - млин; 2 - сушарка; 3 - труба-сушарка; 4 - топка котла

Для вологих палив з зовнішньою вологістю 15-20% часткове попереднє підсушування палива може відбуватись безпосередньо перед млиновим пристроєм в коротких сушильних трубах. Остаточне досушування палива проводиться в млині в процесі помолу (рис. 2 б).

Для високовологих палив з зовнішньою вологістю більше 20 % можливе використання попереднього сушіння палива в окремому сушильному пристрої з розімкненим сушінням, тобто з викиданням відпрацьованого сушильного агента разом з водяними парами в атмосферу (рис. 2 в).

Розрахунок підсушування палива проводять, виходячи з таких міркувань. Якщо первинна вологість палива була W₁ а кінцева стала W₂ то справедливе співвідношення, яке характеризує незмінність сухої маси палива:

(1)

де В₁ і В₂ - відповідно маси сирого і підсушеного вугілля, кг/с.

Звідси

(2)

Дійсна маса видаляємої при сушінні вологи ΔW_л, кг/с

(3)

В кінцевому результаті отримуємо

(4)

Кількість випареної вологи на 1 кг сирого палива, кг/кг

(5)

Тепловий баланс сушильної пилоприготувальної установки, як правило, складають на 1 кг сирого вугілля. Баланс може бути складений також на 1 кг сухого вугілля або на кількість випареної вологи ΔW.

Витратними статтями балансу є теплота, яка витрачена на випаровування вологи і нагрів палива, яке залишилося; теплота, яка виноситься відпрацьованим сушильним агентом; втрата теплоти установкою від зовнішнього охолодження.

Основною прихідною статтею балансу є фізична теплота сушильного агента, яким можуть бути гаряче повітря, гарячі продукти згорання або газоповітряна суміш, кДж/кг

(6)

де G₁ - кількість сушильного агента на 1 кг сирого вугілля, кг/кг; с_с.а - теплоємність сушильного агента перед сушильною системою, кДж/(кг∙К); t₁ - початкова температура сушильного агента, °С.

При розрахунках сушіння, суміщеного з помолом палива, враховують також теплоту, яка виділяється в результаті роботи розмелюючи органів, кДж/кг

(7)

де Е_веп - питома витрата енергії на помол палива, кВт∙год/т; К_мех - коефіцієнт, який враховує частку енергії, яка перетворюється на теплоту в процесі помолу (К=0,6-0,8).

В прихідній частині балансу враховують також теплоту присосаного холодного повітря.

Прирівнюючи прихідні і витратні статті теплового балансу, визначають необхідну витрату сушильного агента G₁ при відомій його початковій температурі або його початкову температуру t₁, при відомій витраті сушильного агента.

Необхідно прагнути до максимального підвищення t₁, що дозволяє прискорити сушіння палива, а також приводить до зниження втрати з виносом, оскільки кількість сушильного агента при цьому зменшується. Обмежуючими чинниками тут є надійність роботи млина, а також вибухобезпечність.

При вологості палива до 30 % початкова температура сушильного агента вибирається в межах 400-450 °С, а при вологості 30- 40%-в межах 700-900 °С (при наявності перед млином предвключених підсушуючих пристроїв). Кінцева температура сушильного агента t₂ має бути вищою за точку роси при кінцевому парціальному тиску водяної пари.

Для попереднього підсушування палива перед млином використовують різні типи сушарок: газові барабанні, парові трубчасті, пневматичні (труби-сушарки), з киплячим шаром і ін.

Значно інтенсивніше, ніж в звичайних сушарках, протікає сушіння при його поєднанні з помолом палива, що викликано різким збільшенням при цьому поверхні вугілля.

В даний час в більшості випадків підсушування палива проводиться в основному в самому млиновому пристрої, часто в поєднанні з короткою трубою-сушаркою, яка розміщується перед млином. Значення кінцевої вологості пилу може бути вибране по рекомендаціях. Так вологість підсушеного пилу АШ має бути W^пл = 0,5-1%; вугілля - W^пл = 11-16 %; торфу - W^пл = 35-40 %. За умовами вибухобезпечності кінцева вологість пилу сланців, а також бурого вугілля в якого W^гі<0,4∙W^р не має бути нижче гігроскопічної. Для бурого вугілля з W^гі>0,4∙W^р і кам'яного вугілля вологість пилу не має бути менше від 50 % гігроскопічної.

Помол палива

В процесі помолу палива утворюється суміш найдрібніших пилинок (від декількох мікрометрів) з більшими (розміром до 300-500 мкм). Основними якісними характеристиками пилу є його тонкість помолу і вологість. Згідно ГОСТ 3584-73 тонкість пилу характеризується залишком на ситах з отворами 90, 200 і 1000 мкм. Залишок позначається буквою R. Так, позначення R₉₀ = 10% вказує, що на ситі з розміром отворів 90 мкм залишається 10 % пилу, а решта всього пилу проходить через це сито. При розрахунках млинових пристроїв тонкість пилу визначається залишком на ситі 90 мкм, R₉₀.

Уявлення про фракційний склад пилу дає так звана зернова характеристика, яка може бути побудована на основі визначення залишків пилу на ряді сит. Вид зернової характеристики показаний на рис. 3.


Рис. 3. Зернова характеристика пилу	Рис. 4. Визначення оптимальної тонкості пилу

Властивості, які характеризують здатність палива до помолу, описують коефіцієнтом розмолоздатності. Лабораторний відносний коефіцієнт розмолоздатності К_л.о - це відношення витрати електроенергії при помолі еталонного вугілля до витрати електроенергії при помолі даного вугілля, яке знаходиться в сухому стані; помол порівнюваних палив проводиться від однакової великої до однієї і тієї ж тонкості помолу. Практично коефіцієнт К_л.о показує, в скільки разів продуктивність млина при помолі даного вугілля більша, ніж при помолі еталонного палива. Значення коефіцієнта розмолоздатності К_л.о для деяких палив наступні:

Донецький АШ 0,95

Егоршинський напівантрацит 1,5

Донецьке худе вугілля 1,8

Кизеловський газовий 1,0

Підмосковний бурий 1,7

Сланці естонські 2,5

Необхідна тонкість помолу палива знаходиться залежно від вартості палива і його реакційної здатності, що характеризується в основному виходом летких. З підвищенням виходу летких, які сприяють інтенсивному горінню палива, використовують грубий помол. Тонкість помолу для різного вугілля вибирають на основі техніко-економічних розрахунків. Зменшення розмірів пилинки приводить до зростання питомої площі поверхні палива, що покращує його горіння, проте це пов'язано з збільшенням витрати енергії на пилоприготування. З зменшенням величини помолу витрата енергії на пилоприготування зменшується, однак збільшується втрата теплоти від механічного недопалу. Вибір найбільш оптимальної тонкості помолу вирішується в кожному конкретному випадку порівнянням витрат на пилоприготування Q_втр, з втратою теплоти від механічного недопалу Q_м.н, (рис. 4). По сумі кривих Q_втр і Q_м.н знаходиться оптимальна тонкість помолу, яка відповідає мінімальним затратам.

Втрати теплоти від механічного недопалу в основному залежать від вмісту в пилі грубих фракцій, кількість яких для АШ, напівантрацитів, худого і кам'яного вугілля визначається залишками на ситі 200 мкм, а для бурого вугілля і сланців - 1000 мкм.

Для отримання мінімальних втрат з механічним недопалом рекомендуються, з врахуванням виходу летких, наступні залишки пилу на ситах:

Паливо R₉₀ R₂₀₀ R₁₀₀₀

АШ, ПА і худе 7-15 0,3-1,2 -

Кам’яне 15-40 1,3-13 -

Буре вугілля і сланці 40-60 15-35 0,5-1,5

Для помолу палива застосовують різні млинові пристрої, які використовують в роботі принципи удару і розколювання, роздавлювання і стирання. На відміну від дробарок в яких кратність подрібнення, тобто відношення розмірів куска до подрібнення і після, доходить до 20, в млинах ця величина досягає 200-500.

Для приготування вугільного пилу застосовують такі млинові пристрої: тихохідний кульовий барабанний млин ШБМ; середньохідний млин СМ; швидкохідний молотковий млин ММ; швидкохідний млин-вентилятор МВ.

Кульовий барабанний млин ШБМ представляє собою циліндричний барабаном діаметром 2-4 м при довжині 2,6-10 м, який викладений зсередини броньовими платами з марганцевої сталі. До 25-35 % об'єму барабана заповнено сталевими кулями діаметром 25-60 мм. Помол палива в ШБМ здійснюється в основному за принципом удару, а також стирання. Частота обертання барабана 16-23 об/хв. При обертанні барабана кулі піднімаються на певну висоту, потім падають і розбивають куски вугілля. Частково пил в млині одержується і за рахунок стирання вугілля при перекочуванні куль.

Для сушіння або часткового досушування палива в млин подається гаряче повітря або газоповітряна суміш з температурою не вище 450 °С. Ці гази служать також для винесення пилу з млина. Такий кульовий барабанний млин називається вентильованим. Випускаються також барабанні млини з механічним вивантаженням млинового продукту ШБММ.

Позитивною особливістю ШБМ є його універсальність. ШБМ придатні для помолу з одночасним сушінням як м'яких палив з підвищеною вологістю, так і твердих палив, наприклад АШ. У ШБМ можна отримувати пил будь-якої тонкості; можливе досягнення великої одиничної потужності агрегату. У ШБМ відсутня небезпека аварії при попаданні в млин разом з вугіллям металевих частин.

До недоліків ШБМ відносяться громіздкість і складність устаткування; значна питома витрата енергії на пилоприготування, яка доходить при роботі на АШ до 25-35 кВт∙год на 1 т пилу. В зв'язку з високим коефіцієнтом холостого ходу споживана млином потужність практично не залежить від навантаження. Тому для зниження питомої витрати електроенергії ШБМ слід використовувати на режимі максимально можливої продуктивності. Недоліком ШБМ є також значний знос металу (куль) при її роботі (при приготуванні 1 т пилу АШ стирається близько 400 грам металу). Металевий порошок потрапляє у вугільний пил, що зменшує температуру плавкості золи.

Для вентильованих млинів розрізняють дві продуктивність: розмелюючу і сушильну. Розмелююча продуктивність млина - це кількість палива, яке може бути в ньому розмолота до заданої тонкості пилу, а сушильна - це кількість палива, яка може бути висушена в процесі помолу при зниженні вологості з W до вологості пилу W^пл.

Кульовий барабанний млин найбільш доцільний при помолі малореакційних важко розмелюючих палив АШ, худого, твердого кам'яного вугілля і відходів вуглезбагачення для котлів продуктивністю більше 30 т/год. Найбільше використання ШБМ знаходять в системах пилоприготування з проміжним пиловим бункером.

Млини середньоходові. В середньоходових млинах помол палива відбувається за принципом роздавлювання. Рухома частина млина обертається з частотою 50-150 об/хв. Млини цього типу виконують різних конструкції: кульові, валкові (роликові), маятникові.

В кульових середньоходових млинах (МШС) помол палива здійснюється кулями, які котяться між двома кільцями: верхнім - нерухомим і нижнім який приводиться в обертання від електродвигуна. Діаметр куль 270-750 мм; число куль 9-12. Продуктивність таких МШС 3,5- 50 т/год.

В валкових середньоходових млинах (МВС) паливо поступає на обертовий плоский стіл по якому перекочуються два конічні валки. Потрапляючи під валки паливо роздавлюється і підхоплюється гарячим (до 350 °С) первинним повітрям і виноситься в сепаратора. З сепаратора грубі фракції палива повертаються на розмельний стіл, а підсушений вугільний пил прямує до пальників. Середньоходові млини придатні для кам'яного вугілля з малою вологістю. Вони мають ряд переваг в порівнянні з ШБМ (менша витрата електроенергії, менша маса). Номінальна продуктивність МВС 3,8-14 т/год.

Швидкохідні млини. В швидкохідних млинах помол палива відбувається в основному за принципом удару. До млинів цього типу відносять молоткові млини ММ і млини-вентилятори МВ.