4.4 Охолодження брикетів

Структурна міцність брикетів остаточно здобувається в процесі охолодження. Вихідний із преса брикет має температуру, близьку до температури розм'якшення зв’язуючого. Зниження температури досягається перебуванням брикетів в атмосфері подаваного примусово або природно повітря. В цей період зв’язуючі відновлюють свою структуру до значень максимальної когезії. Інтенсивність охолодження брикетів пропорційна відношенню об’єму до поверхні охолоджуваних брикетів. Чим вище це відношення, тим повільніше відбувається охолодження. Розміри брикетів та їх число, що доводиться на одиницю площі охолоджувального пристрою, визначають кінцевий результат охолодження.

На охолодження впливають вологість і витрати зв’язуючого. При високій вологості в процесі охолодження відбувається інтенсивний випар. Виникаючі в брикетах тріщини викликають падіння їх міцності. Залежно від місця зосередження вологи тріщини можуть бути поверхневі або внутрішні. Останні дуже згубно позначаються на міцності брикетів.

Швидкість охолодження перебуває в прямої залежності від витрат зв’язуючого. Якщо зв’язуючого в брикеті мало, то охолодження іде швидко. Температура падає майже з однаковою швидкістю в усьому об’ємі брикету. Якщо ж вміст зв’язуючого високий, то температура знижується повільно і нерівномірно. Поверхневі шари брикету охолоджуються порівняно швидко, а внутрішні - тривалий час.

Контрольні питання.

1. Вплив на процес брикетування гранулометричного складу субстрату.

2. Вплив на процес брикетування температури, вологості та природи субстрату.

3. Вплив на процес брикетування властивостей зв’язуючого.

4. Вплив на процес брикетування тиску пресування та охолодження брикетів.

Лекція № 5 технологія брикетування вугілля зі зв’язуючим

Питання, що виносяться на лекцію:

Технологічна схема брикетування вугілля зі зв’язуючим, вимоги до брикетів, підготовка вугілля до пресування, підготовка зв’язуючих, приготування брикетної суміші, операція пресування, охолодження, складування та відвантаження брикетів споживачеві.

Технологічна схема брикетування вугілля

Брикетування як відособлений технологічний процес огрудкування корисних копалин складається з наступних виробничих операцій (див. рис.5.1):

1) підготовка сировини до пресування: дроблення, просівання, здрібнювання і сушіння; препарування зв'язуючих речовин; дозування компонентів брикетної шихти, їх змішування, нагрівання та охолодження брикетної шихти перед пресуванням;

2) пресування брикетної шихти з додаванням необхідних зусиль, обумовлених фізико-хімічними властивостями, петрографічним та мінеральним складом брикетуємого матеріалу;

3) обробка “сирих” брикетів з метою найшвидшого їх затвердіння (охолодження, пропарювання, карбонізація, сушіння, відновлювальний випал та ін.);

4) складування і відвантаження готових брикетів.

Організація технології брикетування кам'яного вугілля і антрацитів залежить від вимог споживачів до брикетів. Найбільш доцільно для брикетування використовувати збагачений вугільний дріб'язок та антрацитовий штиб.

Якісні кам'яновугільні (антрацитові) брикети повинні відповідати наступним технологічним показникам: маса 75-85 г; механічна міцність на скидання - не нижче 85%, вміст дріб'язку (кусків менше 25 мм) - не більше 10%, вологовбирання - не вище 4%, вихід летучих речовин - не більше 10%, теплота згоряння - 34000 -35000 кдж/кг. Зольність брикетів встановлюється залежно від якості сировини та умов її переробки.

Підготовка вугілля

Крупність вугілля визначає ущільненість брикетів. Правильний вибір гранулометричного складу сприяє високій міцності брикетів при мінімальних витратах зв’язуючого. Оптимальний ситовий склад для вугілля крупністю 0-6 мм повинен відповідати наступному співвідношенню класів: більше 6 мм 2-3 %, 3-6 мм 28-30 %, 1-3 мм 30-32 % та 0-1 мм 38-42 %. Для вугілля крупністю 0-3 мм вміст класу більше 3 мм повинен становити 5-10 %, 1-3 мм 45-50 % та 0-1 мм 40-45 %.

Великий вміст вугільних зерен крупніше 6 мм викликає утворення великих пор в структурі брикету і приводить до збільшення витрат зв’язуючого. Крім того, такі частки під впливом високих тисків пресування піддаються порівняно легкому розтріскуванню з утворенням поверхонь, непокритих зв’язуючим.

Для підготовки вугілля його класифікують на грохотах з наступним дробленням надрішітного продукту. Для класифікації використовують вібраційні і резонансні грохоти. У випадку поділу вологого вугілля по крупності 3 мм грохоти обладнають ситами з електрообігріванням. При розсортовуванні такий матеріал варто змішувати із сухим вугіллям. Можливе його попереднє підсушування, або додавання в дробарку гарячих газів. Для дроблення вугілля використовують як правило, швидкохідні молоткові дробарки.

Зневоднювання та нагрівання вугілля є обов'язковим технологічним етапом його підготовки. Він здійснюється за допомогою термічного сушіння. Сушіння дозволяє видалити з поверхні вологого вугілля гідратну плівку та нагріти вугілля, і тим самим поліпшити його змочуваємість зв’язуючим, забезпечити міцний внутрішній зв'язок вугільних частинок у брикеті. Оптимальний вміст вологи після сушіння складає 2-3 %. Залишкова волога, концентруючись у порах і тріщинах вугілля, дозволяє запобігти дифузійному проникненню в них низьков’язкого зв’язуючого. Вона не має шкідливого впливу на процес зчеплення вугілля та зв’язуючого.

В результаті сушіння вугілля одночасно нагрівається до 60-80°С. Нагрівання сприяє тонкошаровому розподілу зв’язуючого на вугільній поверхні.

Сушіння вугілля здійснюється в трубах-сушарках, барабанних сушарках або сушарках “киплячого шару”. Як показала практика, для брикетування кам'яного вугілля і антрацитів найбільш ефективна труба-сушарка. Вона відрізняється високою продуктивністю по випаруваній волозі, інтенсивністю сушіння та швидким нагріванням вугілля. Одночасно труба-сушарка може забезпечувати пневмотранспорт сухого матеріалу до місця змішання його з зв’язуючим. Це зберігає високу температуру вугілля, виключає можливість проникнення у виробничі приміщення пилу. У трубі-сушарці здійснюється контрольна сепарація по верхній межі крупності, що виключає присутність у сушонці надлишкових зерен. В процесі сушіння вугілля нагрівається до 60-80°С, а вміст вологи в ньому знижується до 1-1,5 %.

Підготовка зв’язуючих

Для брикетування кам'яного вугілля і антрацитів застосовують органічні зв’язуючі в рідкому та твердому стані. Найбільше поширення одержало нафтозв’язуюче, яке використовується в рідкому виді. Рідше використовується тверде зв’язуюче - кам'яновугільний пек. Рідка сульфіт-спиртова барда, тверді глини і цемент використаються порівняно мало, в основному як модифікуючі добавки. Зв’язуюче в рідкому виді має ряд переваг у порівнянні із твердим адгезивом. Воно легко диспергується, утворюючі тонкоплівкове покриття на вугільній поверхні. При цьому знижуються витрати зв’язуючого та поліпшується підготовка брикетної суміші.

Для підготовки рідких зв’язуючих, зокрема нафтозв’язуючих, можливі два технологічних варіанти. У першому випадку використовується схема підготовки зв’язуючого, виготовленого на нафтопереробному заводі. У другому - схема, що включає підготовку нафтозв’язуючого безпосередньо на брикетній фабриці.

На діючих брикетних фабриках більш поширена схема першого варіанту. За цією схемою на брикетну фабрику з нафтопереробних заводів прибуває кондиційне зв’язуюче в залізничних піввагонах або цистернах. Піввагони являють собою чотиривісні залізничні платформи, на яких установлені чотири самоперекидних бункери місткістю 10 т кожний. Для зливу нафтозв’язуючого вони обладнані паровою сорочкою (подвійними стінками).

Нафтозв’язуюче (див. рис. 5.2) вивантажується із залізничних ємностей 6 у спеціальні сховища. Місткість резервуарів становить не менш 15-20 добового запасу зв’язуючого. Сховища виконуються у вигляді окремих відсіків 5. Кожен відсік являє собою залізобетонну ємність (іноді металеву) місткістю 500-1000 м³ із шиферним навісом, що запобігає дії атмосферних опадів.

Увідсіку встановлений донний обігрів з паровими трубчастими змійовиками, що забезпечують нагрівання зв’язуючого до 100-110°С. Додатково відсік обладнується барботажною паровою системою яка змучує опади, що накопичуються на дні. У торці відсіку є невеликий прийомний збірник4 з пов'язаними з ним шестерними насосами 3. Розігріте зв’язуюче, що надійшло в прийомний збірник, насосом подається у видаткову ємність 2,а з неї паровим високотисковим насосом 1 у трубчасту піч 9, де зв’язуюче нагрівається до температури 220-230°С. Із трубчастої печі зв’язуюче повертається у видаткову ємність, де змішується з «холодним» зв’язуючим, що надходить зі сховища. Такий технологічний прийом дозволяє заощаджувати тепло трубчастих печей, швидко збезводнювати “холодне” зв’язуюче та знижувати його температуру до оптимальних робочих значень (180-200° С).

Зв’язуюче, що має робочу температуру 180-200° С, з видаткової ємності високотисковим паровим насосом подається по кільцевому трубопроводу до форсунок-дозаторів 8 для змішування з вугіллям. Надлишок зв’язуючого повертається знову у видаткову ємність. Для створення необхідного підпору зв’язуючого перед форсунками на вихідній ділянці кільцевого трубопроводу встановлюється регулювальна засувка 7.

Другий варіант схеми підготовки рідких зв’язуючих - виготовлення їх безпосередньо на брикетних фабриках. Він має ряд переваг. Спрощується технологія зливу і розігріву вихідної сировини. Поліпшується якість зв’язуючого за рахунок скорочення його багаторазових нагрівів і перекачувань. Здешевлюється вартість зв’язуючих.

Найбільш простим і дешевим є безкомпресорний метод. Цей метод заснований на ефекті всмоктування повітря шляхом диспергування його відцентровим імпелером в середовищі сировини, що окислюється. Технологічна схема прийому сировини аналогічна схемі прийому готового зв’язуючого, описаної вище. Підготовлена до окислювання сировина надходить у реактор. Реактор (рис. 5.3) являє собою горизонтальний п’ятисекційний апарат. Він обладнаний імпелерами для диспергування повітря в рідкій фазі. П'ять робочих секцій по своїх розмірах і технологічному виконанню ідентичні. Остання секція є буферною ємністю перед відкачкою готового зв’язуючого. Секції відділені друг від друга гідравлічними затворами. У кожній робочій секції 6 установлюється диспергатор з електроприводом 3. Частота обертання диспергатора 750 хв^-1. В зону окислювання повітря надходить безпосередньо через диспергатор з використанням ежектора 2. Подача сировини здійснюється через патрубок 1, видача - через патрубок 5. Для зняття надлишкового тепла екзотермічної реакції в кожну секцію подається вода. Рівень рідини в реакторі регулюється за допомогою шибера 4 в останній секції. У реакторі передбачені спеціальні пристрої для термопар 7 і відбору проб 8.

Процес окислювання відбувається в такий спосіб. Диспергатор, обертаючись, засмоктує повітря у фазу гарячої сировини. Створюються умови тісного контакту з рідким середовищем, що прискорює процес окислювання за рахунок максимального використання кисню повітря. В процесі окислювання відбувається швидкий підйом температури в секціях до 300-320° С. Для підтримки постійної температури в реактор подається вода. Пари води і газу відокремлюються в сепараторі від конденсату нафтопродуктів (віддува), що повертається для доокислення в п'яту секцію реактора. Відпрацьовані гази спалюються. Рівень регулюється шибером, встановленим після останньої робочої секції.

Приготування брикетної суміші

Підготовка брикетної суміші - складний і відповідальний етап у технологічному комплексі брикетування вугілля. Брикетні суміші звичайно підготовляють у спеціальних змішувальних апаратах, які дозволяють рівномірно розподіляти зв’язуюче в об’ємі вугільної маси.

Найпоширеніший апарат - вертикальний паровий змішувач (малаксер). Він придатний для підготовки брикетної суміші з рідкими та твердими зв’язуючими. Для кращого ефекту усереднення перед малаксером встановлюється двухвальный гвинтовий змішувач. В ньому здійснюється змішання компонентів у зваженому стані, що особливо доцільно у випадку застосування рідких зв’язуючих. В малаксері матеріал проштовхується повільно обертовими лопатками в горизонтальному і вертикальному напрямках. В результаті зв’язуюче розподіляється в об’ємі всієї суміші за рахунок тертя між зернами і механічного вдавлення від впливу обертових лопаток. Для поліпшення усереднення і тонкоплівкового розподілу зв’язуюче в простір між лопатками по висоті і окружності малаксера подається перегріта пара з температурою до 300° С. Підготовка брикетної суміші в малаксері триває близько 10 хв. За цей час суміш не тільки додатково нагрівається, але і зволожується на 1-2%.

Технологічний вузол підготовки брикетної суміші в малаксері показаний на рис. 5.4. Вугілля після сушіння з бункера 1 живильником -дозатором 2 тонким шаром подається в камеру змішування 3. В неї за допомогою форсунок-розпилювачів 4 подається дозоване зв’язуюче. Каскадне тонкослоєве надходження вугілля в камеру змішування дозволяє максимально напилити зв’язуюче на вугільну поверхню. Потім суміш надходить у малаксер 11, обладнаний сімома рядами серповидних лопаток 7, закріплених на вертикальному валу 5. Вал малаксера приводиться в обертання від приводу 10. По висоті малаксера в простір між лопатками по трубах 6 подається перегріта пара. Внизу малаксера встановлений регулювальний затвор 8. Він забезпечує рівномірну видачу брикетної суміші на гвинтовий конвеєр 9 для її охолодження перед пресуванням. Гвинтовий конвеєр являє собою одно- дворядну спіраль довжиною 5-6 м. Він обладнується потужною витяжною вентиляцією, що дозволяє остудити брикетну суміш до температури на 5-10°С нижче температури розм'якшення зв’язуючого.

Пресування

Для ущільнення брикетної суміші застосовують вальцьові преси, що розвивають тиск пресування 20-50 МПа. Вальцьовий прес являє собою апарат, що складається з живильника-завантажника (розподільна чаша), валків з бандажними кільцями і станини з розміщеною на ній системою гідравлічного стиску валків.

Розподільна чаша (рис. 5.5) служить для рівномірного завантаження валків преса брикетною сумішшю. Вона являє собою циліндр 1 з листової сталі місткістю 0,5-1 м³. У днищі чаші над кожною парою валків є отвори 4. Через них брикетна суміш надходить у камеру завантаження перед пресуванням. Всередині чаші із частотою 26-30 хв^-1 обертається чотирилопастна мішалка 3, що розподіляє брикетну суміш по отворах 4. Ступінь відкриття завантажувальних отворів у чаші регулюється засувкою з ущільнюючою дошкою 2. Вона переміщається в напрямних за допомогою металевих тяг, кінці яких проходять через передню стінку вальцьового преса. Просування тяг здійснюється обертанням регулювальних маховичков 5. Для регулювання подачі брикетної суміші по ширині валків, що пресують, під чашею в камері завантаження встановлені планки-відбивачі 6. Їх переміщення здійснюється за допомогою гвинтів.

Для брикетування руд (рідше вугілля) брикетну суміш подають на валки за допомогою живильників-ущільнювачів різних конструкцій.Вертикальний шнековий підпресовщик при обертанні ущільнює й проштовхує брикетну суміш до місця завантаження валків.

Хороші результати наступного пресування досягаються у випадку застосування валкових ущільнювачів (рис. 5.6). Готова брикетна суміш із завантажувального бункера 4 надходить у простір двох обертовий друг проти друга гладких валків 3. Матеріал акумулюється в бункері 2, з якого він вивантажується під дією сил ваги і тертя обертових валків 1.

Вальцьовий прес (рис. 5.7) являє собою зварену станину 10, виконану з товстолистової стали. У її бічних стінках розташовані чотири корпуси підшипників 5, на яких знаходяться валки 3. Валок складається з вала 6, двох пустотілих валів-барабанів 7, посаджених на вал 6 і шестірні. На пустотілі вали-барабани 7 одягаються бандажні кільця з виготовленими в них осередками. Форма осередку відповідає формі напівбрикету.

Бандажні кільця виготовляються у вигляді цільного пакета або окремих сегментів з високоякісних сталей з термічною обробкою після фрезерування осередків. Валки 3 одержують обертання від привода 9. Обертаючись, вони захоплюють із завантажувальної камери 4 брикетну суміш. У просторі між осередками бандажних кілець брикетна суміш спресовується. Коли осередки розходяться, з них випадає брикет. Для підтримки необхідного тиску пресування вали 6 стискуються за допомогою окремої гідравлічної системи 2. Контроль тиску пресування ведеться по манометру 1. Для регулювання ступеня стиску валків 3 використовується ручний (іноді автоматичний) насос підвищення тиску 11 гідравлічної системи 2.

У випадку влучення в міжвалковий простір сторонніх предметів або надходження високов'язкого малопластичного матеріалу прес автоматично зупиняється. Для цього на приводі валків встановлюється муфта відбору потужності 8. Залежно від продуктивності преса на валу 6 може закріплюватися один або два пустотілих вали-барабани 7 з бандажними кільцями. В першому випадку шестірня закріплюється на валу 6 з боку привода преса; у другому - між валками. Шестірні встановлюються таким чином, щоб зуби однієї були зміщені стосовно зубів іншої на півкроку. Це забезпечує плавне обертання валків. Для рівномірного розподілу тиску на вали 6 і їх опорні шарикопідшипники осередку на бандажних кільцях розташовують у шаховому порядку. Вальцьові преси обладнані автоматичним змазуванням всіх тертьових поверхонь. Серед великої різноманітності вальцьових пресів є агрегати продуктивністю від 1 до 100 т/ч.

Технічні характеристики вальцьового преса

Частота обертання валків, хв^-1.................................................... 8-12

Питомий тиск пресування, Мпа .................................................. ......20-70

Зусилля, що розвиваються пресом, МН ...............................................0,8

Припустимий зазор між валками, мм ....................................................1

Розміри валків, що пресують, мм:

діаметр................................................................................................1000

ширина ............................................................................................ 500

Продуктивність,т/ч ................................................................50

Потужність електродвигуна, квт ..........................................................200

Габаритні розміри, мм:

довжина ......................................................................................9000

ширина .................................................................................................5000

висота....................................................................................................7500

Маса, т.......................................................................................................54

В зоні обтиснення енергія вальцьового преса витрачається на подолання тертя між брикетною сумішшю та стінками прес-форм, вугільними зернами та на їх ущільнення. Додаткові опори виникають за рахунок тертя осей валків у підшипниках і зубчастій передачі. В зоні пружного розширення енергія затрачається на подолання зовнішнього тертя, що виникає при виштовхуванні брикетів з ячеєк. Ця енергія частково повертається, сприяючи зрівноважуванню опору в зоні обтиснення й обертанню валків. У цілому, енергія пружного розширення невелика. Тривалість утворення брикетів становить в середньому 0,4-0,5 с, з яких на обтиснення доводиться 0,3-0,4 с, на пружне розширення - близько 0,1 с.

Охолодження і відвантаження брикетів

Охолодження і відвантаження готових брикетів - заключні операції технологічного комплексу брикетування.

Охолодження - це операція, що забезпечує необхідну механічну міцність в готових брикетів. У процесі охолодження підвищується в'язкість зв’язуючого за рахунок зниження температури брикетів від 60-65 до 20-25° С. Для охолодження брикетів потрібне певний час перебування їх в атмосфері примусово подаваного або природно омиваного повітря. Інтенсивність охолодження пропорційна відношенню обєму брикету до його поверхні. Великі брикети охолоджуються повільніше, чим дрібні. Погіршується охолодження при багатошаровому укладанні брикетів на стрічці конвеєра. Оптимальною вважається завантаження брикетів в один - два шари.

Охолодження брикетів відбувається тим швидше, чим нижче витрати зв’язуючого. При малих (6-7%) витратах зв’язуючого досягається рівномірне зниження температури в повному об’ємі брикету. При більш високих витратах температура в брикеті знижується повільно і нерівномірно. Поверхневі шари охолоджуються значно швидше, ніж глибинні, що викликає їх деформацію і злипання.

Брикети з підвищеним вмістом зв’язуючого вимагають застосування інтенсивних мір охолодження: обдування повітрям, зрошення водою та ін. Інтенсивність охолодження залежить від типу структури зв’язуючого. Так, процес твердіння кам'яновугільного пеку проходить в 2,5-3 рази швидше, чим нафтозв’язуючого. Для охолодження брикетів з нафтозв’язуючим потрібні подовжені тракти конвеєрів із сітчастою металевою стрічкою замість прогумованої. Одночасно застосовується інтенсивний обдув повітрям і зрошення водою.

Охолодження брикетів здійснюється на спеціальних конвеєрах, що відрізняються від звичайних своєю конструкцією, довжиною і шириною. Швидкість руху такого конвеєра не перевищує 0,1-0,2 м/с.

Конструкція охолоджувального конвеєра виконується такою, щоб брикети розташовувалися на стрічці горизонтальним шаром. Для цього приводний барабан робиться діаметром не менш 1500 мм, ширина стрічки 1800-2200 мм, а довжина залежно від продуктивності від 50 до 300 м. У конвеєрах охолодження використовують обидві гілки. Брикети спочатку завантажуються на верхню гілку і рухаються по ній до приводного барабана. Потім скидаються по жолобам на нижню гілку і направляються в протилежну сторону.

У більшості випадків природне охолодження виявляється недостатнім. Застосовується примусовий обдув брикетів повітрям. Для цього до нижніх і верхніх гілок стрічки конвеєра підводять повітроводи від вентиляторів. Іноді на верхній гілці конвеєра встановлюється ряд форсунок для зрошення брикетів водою. Форсунки закріплюються в кілька рядів по довжині і ширині стрічки так, щоб факел розпилення охоплював всю поверхню охолоджуваних брикетів. Завдяки цьому водяна плівка з поверхні брикетів миттєво випаровується, не викликаючи вологовбирання. Для підвищення ефекту охолодження брикети обдувають гарячим повітрям, що викликає швидкий випар вологи та віддачу тепла. Витрати води становлять близько 100 л/ч, швидкість повітря, що обдуває, 15- 25 м/с, час обдуву - 30-40 с.

Відомий метод зрошення брикетів водяним розчином сульфіт-спиртової барди. Плівка барди після висихання закриває пори й тріщини в брикетах. Це підвищує їх міцність і перешкоджає злипанню. Брикети здобувають гладку блискучу поверхню, зменшується пилення при завантаженні.

Убільшості випадків брикети після конвеєра охолодженнянадходять у рампу (рис. 5.8). Рампа є одночасно охолоджувачем і акумулятором брикетів. Вона споруджується в одному комплексі з навантажувальним пунктом брикетів. Брикети конвеєром 1 подаються на завантажувальний візок 2. З візка стрілою 4, що переміщується у вертикальному напрямку лебідкою 3, брикети розподіляються по довжині рампи. Похиле днище рампи являє собою колосникові ґрати 12. Через ці ґрати відбувається природна вентиляція повітря, а в жарку пору року - примусова. З рампи охолоджені брикети по похилій площадці 13 дисковим виштовхувачем подається у вагони. Стріла 10 переміщається у вертикальному напрямку за допомогою лебідки 11. Бій брикетів відокремлюється перед навантаженням на грохоті 9 і повертається в процес конвеєрами 7, 8.

Контрольні питання.

1. Наведіть основні операції технологічної схеми брикетування вугілля зі звязуючим.

2. Технологічні показники якості брикетів.

3. Підготовка вугілля до брикетування.

4. Підготовка зв’язуючих.

5. Приготування брикетної шихти.

6. Операція пресування, обладнання для пресування вугілля.

7. Операції охолодження вугільних брикетів.

8. Складування та відвантаження брикетів споживачеві.