Ұнтақты көмір отыны



В данной статье рассматривается эффективность использования пылеугольного топлива в производстве и технологии получения пылеугольного топлива, анализированы марки углей произведенные на территории Казахстана и определена марка угля для получения пылеугольного топлива

Көмір халық шаруашылығының барлық салаларында маңызды энергия көзі және бағалы химиялық шикізат болып табылады. Біздің еліміздегі көмірдің бай ресурсын халық шаруашылығында кеңінен қолдану үшін көмірді рационалды түрде өндіріп, қолданудың жаңа технологияларын енгізу керек.

Осы тұрғыда әлем бойынша қолданыс аясы кеңейіп келе жатқан, көмірден жасалатын жаңа отын түрі — ұнтақты көмір отынын (ҰКО) алу Қазақстан өнеркәсібі үшін жаңа технология болып табылады. ҰҚО дегеніміз — арнайы диірменде ұсақталып, белгілі бір химиялық өңдеуден өткен көмір ұнтағы. ҰКО әлемнің бірқатар елдерінде кең қолданысқа ие, мәселен, Оңтүстік Корея, Испания, Германия, Бельгия, Нидерландия, Қытай, Бразилия, Түркия, Украина т. б. елдерінде ҰКО үрлеп жағатын арнайы құрылғылар өз жұмыстарын атқаруда. Көмір қорына бай біздің елімізде ҰКО алу және оны домналық балқыту ісінде қолдану технологиясы әлі қолданыста жоқ. Қазіргі таңда Қазақстан аумағында өндірілетін көмір маркаларынан ҰКО жасау туралы ғылыми зерттеулер мен іс-тәжірибелер жүргізілуде.

Әлем бойынша ҰКО-ны шойын металлургиясында пайдаланудың бүгінгі күнгі нәтижелері мынадай:

 - соңғы 20 жылда домна цехтарында ҰКО-нын үрлеп жағу әлемнің дамыған 25 елінде игерілген; 2000 жылы ҰКО қолдану арқылы жылына балқытылатын шойынның тең жартысын балқытылған (300 млн. т көлемінде);

 - 1 т шойынға 170–290 кг ҰКО жұмсалады, коксты алмастыру үлесі — 35–50 %, көптеген елдерде осы көрсеткішті 60–70 % жеткізу мақсатында ҰКО алу технологиясын жетілдіру жұмыстары жүргізіліп жатыр;

 - соңғы 20 жылда шет елдердегі салынған немесе реконструкция жасалған домна пештерін заманауи ҰКО-ға арналған құрылғыларымен бірге салып жатыр, мысалы Испания, Бразилия, Оңтүстік Корея, Түркия т. б. елдерде;

 - осы соңғы 20 жылдағы шет елдік фирмалардағы тәжірибе ұнтақты көмір технологиясын өнеркәсіпке жаппай ендіру және кокс өндіру көлемін айтарлықтай қысқартудың мынадай артықшылықтарын анықтады: коксты домен кешенінде капитальды шығынды төмендетеді, құрылғылар алатын аумақтың көлемі, тасымалдау шығыны азаяды, еңбек өнімділігі артады, кокс шихтасында көмірдің бірігуі артады және алынған кокстың сапасы жақсарады, су мен ауа бассейндеріне қалдық шығарып ластау азаяды [1].

[2] еңбек авторлары домна пешінің горнында ҰҚО-ның жану процесінің нәтижелерін сараптап, жанғыштық дәрежесін бағалады.

 Шойынды балқыту кезінде қолданылатын тиімді әрі келешегі зор технологиялық шараның бірі — ұнтақты көмір отынын қолдану. Өндірісте 1 тонна шойын балқыту үшін 250 кг ҰКО жағылатыны және ол 30 % дейін табиғи газсыз коксты алмастыра алады.

 ҰКО-ның басты артықшылықтары: оның горн температурасына минималды түрде ғана әсер етуінде және горн газының шығуында; ҰҚО әзірлеу үшін біріктірілмеген көмір ресурсының азғантай мөлшері ғана кететіні; шойынның сапасы мен горнды қыздыруды оперативті түрде басқару мүмкіндігінің тууы.

Украин ғалымдары ұнтақты көмір отынын әзірлеуге арналған көмір ресурстары жайлы тұжырым жасаған [3]. Теориялық есептеулер мен әлемдік тәжірибе ҰКО алу үшін күлділігі төмен және құрамындағы күкірт мөлшері аз көмір қолдану тиімді екенін көрсетіп отыр. Ереже бойынша бұл көрсеткіштердің дәрежесі өндірісте қолданылатын кокстың құрамындағы күл мен күкірттен төмен болу керек. Сондықтан авторлары ҰКО әзірлеу комплексі универсал болғаны дұрыс деп ойлайды. Яғни, көмірдің түрлі маркаларынан әзірлеу (концентраттарынан), әсіресе осы технологияны меңгеру үшін бастапқы кезеңде газды көмірден әзірлеу ұсынылады(жалпы жұмасалатын көмірдің 25 % кем емес газды көмір қолдану). ҰКО көп мөлшерде өндірген жағдайдың өзінде шикізат ретіндегі бұл концентраттар коксты химия өндірісінде 75 % дайын түрде бар, яғни аталмыш концентраттарды дайындауға шығын шықпайды.

ҰКО алудың дәстүрлі әдісі көмірді ұсақтау, кептіру процестерінен тұрады. Ұсақталған көмірді диірмен ішінде үгітпес бұрын не үгіту кезінде кептіру процесі диірменнің үгітуші құрылғысының дұрыс жұмыс істеуін қаматамасыз ету мақсатында жүргізіледі.

Көмірді кептіру үшін диірменге арнайы қыздырылған ыстық газ тәрізді жылу тасымалдағыштар, яғни қыздырылған ауа немесе отынның жанғыш өнімдері жіберіледі. Диірменге келіп түскен көмір тозаңы жылу тасымалдағыш арқылы диірмен кеңістігінен шығарылып бункерге түскен көмір тозаңын жеке бөліп әкетуга арналған (сепаратор) құрылғыға жіберіледі. Пайдаланылған жылу тасымалдағыш тозаң мен басқа да зиянды заттардан тазартып, санитарлық нормаға келтіретін аппараттан өтіп жартысы атмосфераға, жартысы бастапқы жылу тасымалдағыштың температурасын тұрақтандыруға жіберіледі.

Алайда бұл әдістің бірқатар кемшіліктері бар. Мысалы, газ тәрізді жылу тасымалдағышты әзірлеу, бөлу, тазарту жұмыстарына қатысты компонеттердің көп болуы ҰҚО алудың технологиялық схемасын қиындатады. Пайдаланылған жылу тасымалдағышты атмосфераға шығарудың экологияға еш қаупі жоқ. Жалпы бұл әдіс көп мөлшерде энергияны қажет етеді.

Орыс ғалымдары ҰҚО алудың дәстүрлі әдісінде кездесетін кемшіліктердің орнын толтыратын өз әдістерін ұсынды [4]. Отынды ұсақтап, ұнтақтап, кептіруден тұратын ҰКО алу әдісінде ұнтақтау процесі кезінде ұсақталған көмірге ұнтақтамас бұрын 1:0,25 және 1:0,75 қатынас мөлшерінде қоңыр көмірдің, лигниттің не торфтың жартылай коксын қосу — осы өнертабыстың басты мәні болып табылады. Бұл қосынды диірмен кеңістігіндегі көмірдің ішкі ылғалын адсорбциялайды. ҰКО шығаруға арналған құрылғы көмір мөлшерлеуші бункерден, ұсатқыштан, диірменнен, сепаратор және ҰКО бункерінен, жартылай коксты тікелей диірменге жіберетіндей етіп орнатылған жартылай кокстың бункерінен тұрады. Ыстық газ тәрізді жылу тасымалдағыш алу үшін артық энергия жұмсамайтын болғандықтан жалпы энергия тұтыну мөлшерінің аз болуы және экологиялық қауіпсіздігінің жоғары болуы осы өнертабыстың техникалық қорытындысы болып табылады.

[3] патент иелері ұсынған ҰКО әзірлеу технологиясында ҰКО алудың басты талаптары: отын жоғары дәрежеде ұнтақталған және дымдануы төмен болу керек.Отынды кептіру мен ұнтақтау бөлек немесе бір агрегатта бірге жасалады. Бұл процестерді бөлек жүргізген жағдайда көмірді кептіргіш барабанда кептіреді, ал ұнтақтауды қысқа шарлы диірменде жүргізеді. Ұнтақта мен кептіруді бірге жүргізгенде арнайы сепараторлық көмір диірмендерін және басқа да ұнтақтаушы аппараттарды, мысалы валкалы (роликті) диірмен, аэробилді диірмендерді қолданады. Валкалы және аэробилді диірмендер материалды соғу арқылы ұнтақтау принцепімен жұмыс жасайды.

Алайда бұл ұнтақтау жұмыстары көмірдің ылғалдылығы 10–12 % болғанда ғана жасалады. Ылғалдылық жоғары болса көмір ұнтақтаушы денеге жабысып диірменнің ішкі құрылғыларына жұғып қалады.

Көмірді кептіргенде оны әуелі кептіргіш барабанда ылғалдылығы 10–12 % болғанға алдын ала кептіріп алады. Сосын, сепараторлық диірменде кептіруді жалғастырады.

Диірменнің жұмыс өнімділігін арттыру үшін көмірді алдын ала өлшемі 8–10 мм болатын түйіршіктерге ұсатып алады. Ұсақталған материалды қолдану кептіру барабанында көмірді кептіру процесін жақсартады.

Көмірді шарлы диірменде бір мезгілде ұнтақтай отыра кептіру тұйықталған циклде жүреді. Ұсақталған көмір бункерден біркелкі түрде шарлы диірменге тиеледі. Арнайы келте құбыр арқылы диірменнің ауызғы бөлігіне оттықтан (немесе жанып тұрған пештен шыққан газ) температурасы 800–1000° С болатын ыстық түтінді газ беріледі.

Газдың температурасын берілген температураға дейін түсіру үшін диірменге ауа өткізгіштен суық ауа беріліп тұрады.

Қорытпа балқыту ісінде ҰКО пайдаланып жоғары нәтижеге қол жеткізу үшін ҰКО келесі сипаттарға ие болу керек:

ылғалдылығы 12,0 % дейін

күлділігі 13,0 % дейін

көміртегінің үлесі 85,0 %

ұшпа заттардың үлесі 10,0–40,0 %

күкірт 1,0 % дейін

хлоридтың үлесі 0,2 % дейін

Хардгров индексі 50–80

жылу шығаруы қабілеті 33,4 МДж/кг [3].

ҰКО алынатын көмірге қойылатын негізгі талаптарды ескере отыра Қазақстан жерінде өндірілетін көмір маркаларына талдау жасалды. Қазақстанның орталық және солтүстік өңірлерінде орналасқан ірі көмір алаптарында өндірілетін төрт түрлі көмірге зерттеу жүргізілді. Олар: Шұбаркөл, Екібастұз, Кузнецкий және Майкүбі кен орындарының тас және қоңыр көмірлері. Төмендегі кестеде осы көмірлердің негізгі сипаттамалары берілген.

1 кесте

Қазақстанда өндірілетін көмірлердің сипаттамалары

Кен орыны	Шұбаркөл	Екібастұз	Кузнецкий	Майкүбі
Көмірдің түрі	Тас	Тас	Қоңыр	Қоңыр
Маркасы	Д	СС	Б3	Д
Күкірт мөлшері, S%	0.5	0.55	0.60	0.55
Күлділігі, A%	5–15	36.9	11–15.2	17–20
Жану жылуы, Q Ккал/кг	5100–7300	3960–4020	4850–7300	4500
Фракциялары, мм	0–300, 0–50, 50–200	0–300	0–300, 0–50 80–300	0–300
Ылғалдылығы, W%	14.5	6.5	12	18–23
Ұшпа заттар, V%	43.5	24–28	48–52	52
Бағасы, тг/т	7000	3300	4000	4200

Жүргізілген зерттеулер нәтижесінде ҰКО алуға қойылатын талаптарға Шұбаркөл кен орынының Д маркалы көмірінің сипаттамалары лайық деп табылды.

Әдебиеттер

1. Ярошевский С. Л. Пылеугольное топливо — реальная и эффективная альтернатива природному газу в металлургии // Металл и литьё Украины. — 2006 — No 3 — С. 15–20.
2. В. Г. Аносов, Д. А. Лаптев. Исследование процесса горения пылеугольного топлива в фурменной зоне доменной печи // Запорожская государственная инженерная академия.
3. Ярошевский С. Л., Хлапонин Н. С., Терещенко В. П. О ресурсах углей для приготовления пылеугольного топлива // Металлургические процессы и оборудование. — 2008 — No 11 — С. 32–34
4. Исламов С. Р., Школлер М. Б., Степанов С. Г. патент на тему «Способ получения пылеугольного топлива и установка для осуществления способа» RU 2320700