Стадии и интенсивность измельчения угля при его гидротранспортировании

04.01.2017

Некоторые основные качественные характеристики углей можно проследить на примере Березовского месторождения КАТЭКа (Красноярский край).
В качестве топлива на ТЭС можно использовать уголь разреза Березовский-11. Угли, слагающие пласт Березовский, по составу исходного материала относятся к гумусовым, бурым, полуматовым, средней степени метаморфизма (02), с показателем витринита P=0,3/0,4 %, влагой рабочей W=36 %, что соответствует технологической группе угля Б2, классу 2Б. Предел прочности угля при сжатии 9,93—22,2 МПа, среднее значение — 14,9 МПа; содержание минеральных примесей 3—6 %; насыпная плотность — 0,8—0,85 т/м3; коэффициент размолоспособности — 1,2—1,4; плотность углей — 1,24 т/м3; зольность Аср — 6,2 %; пористость — 0,39.
По данным КАТЭКНИИугля, после экскавации угля из массива роторным экскаватором и конвейерного транспорта будем иметь следующий гранулометрический состав исходного материала для пульпообразования: 0—1 мм — 1,61 %, 1—3 мм — 7,5 %, 3 мм — 76,4 %.
Гидротранспортирование неоднородных гидросмесей сопровождается интенсивным измельчением угля в трубопроводе (водоугольная смесь, состоящая из угля классов 0—100, 0—70, 0—50,0—25, 0—13 мм).
Так, уголь, поступающий из разреза на ТЭС, подвергается нескольким стадиям измельчения. Основными технологическими звеньями, где происходит его измельчение, являются: выемка угля из массива (роторным экскаватором), транспортирование (ленточным конвейером) до узла подготовки гидросмеси, подготовка угля для гидротранспортирования (пульпообразование), гидротранспортирование до узла подготовки угля к сжиганию.
Интенсивность измельчения зависит от физико-механических свойств угля и от технологической схемы гидрокомплекса.
Из исследований ряда авторов известно, что гидротранспортирование мелких классов угля (0—3, 0—2, 0—1 мм) связано со значительно меньшим образованием микронных фракций, чем гидротранспортирование крупнокускового угля. Приращение угля класса 60 мкм для класса 0—3 мм составляет не более 15 %, тогда как для класса 0—50 мм оно превышает 70 %. Более сильное измельчение объясняется тем, что сами по себе крупные классы измельчаются интенсивнее мелких, кроме того, они оказывают истирающее действие на мелкие классы. Общая степень измельчения углей, добываемых в шахтах, в том числе и более мягких углей марки T класса 0—50 мм, составляет 13,1 (по данным В.В. Трайниса).
Для предварительных расчетов данные результаты можно с определенной степенью точности перенести на бурые угли Березовского месторождения. Для получения результатов измельчения бурых углей необходимо проведение эксперимента в натурных условиях. Каждая гидросмесь характеризуется своими свойствами, поэтому получение универсальных рекомендаций и результатов для всех видов гидросмеси представляет большую трудность.
Основными факторами, влияющими на измельчение угля в трубах, являются: режим движения гидросмеси, крупность угля, дальность транспортирования, консистенция гидросмеси.
Установлено, что диаметр трубопроводов практически не влияет на степень измельчения. Однако влияние трубопровода на измельчение оказывается через стыки и резкие повороты труб, что теоретически учесть невозможно.
С увеличением скорости движения гидросмеси измельчение угля происходит за счет трения частиц о стенки трубы и соударения частиц. Гидротранспортирование угля при сравнительно малых скоростях не является определяющим в измельчении, тем более при 3 %-ном заилении трубопровода (по данным Н.Е. Офенгендина).
Чем больше крупность угольных частиц, тем выше измельчение. Возрастание содержания микронных классов крупности в транспортируемом угле объясняется сильным истирающим действием более крупных классов, которые при прочих равных условиях раскалываются интенсивнее мелких.
На расстоянии гидротранспортирования до 5 км происходит наиболее интенсивное измельчение, в основном связанное с раскалыванием материала, вследствие многочисленных дефектов его структуры. Благодаря наличию микротрещин, неровностей поверхности и других дефектов происходит наиболее интенсивное измельчение, связанное с раскалыванием частиц. Для этой зоны характерно дробление материала, истирание проявляется незначительно.
В зоне гидротранспортирования более 6 км значение дробления уменьшается и все большее значение приобретает истирание, которое и является главной причиной образования частиц микронной крупности.
Рядом авторов установлено влияние консистенции гидросмеси на общую степень измельчения. Консистенция при широком изменении ее значения влияет на измельчение крупнокускового угля, но не угля мелких классов крупности. Эксперименты ряда авторов показали, что влияние консистенции гидросмеси на измельчение проявляется различно в зависимости от крупности исходного угля.
В гидротранспортной системе процесс измельчения угля имеет место и в насосах. Измельчение в насосах происходит в результате ударов, возникающих вследствие резкого изменения направления скорости потоков, встречи потока с лопатками, выхода потока в улитку. Влияние перечисленных факторов на измельчение изучено в настоящее время крайне недостаточно. Степень измельчения угля в насосе зависит от крупности и концентрации транспортируемого материала. С увеличением крупности угля измельчение резко возрастает, что вызвано в основном раскалыванием кусков угля на более мелкие. Измельчение угля в насосах зависит от числа подъемов по трассе пульпопровода. Сильное измельчение происходит на первых пропусках угля через насосы и снижается на последующих. Это вызвано тем, что в первых пропусках от частиц угля откалываются острые кромки угля и происходит разрушение наиболее слабых частиц.
При гидротранспортировании тонкоизмельченного угля крупностью 1—1,5 мм измельчение в насосах незначительное и им можно пренебречь.