Результаты аэромеханического обезвоживания угля на стендовой установке

Цитирование: Мурко В. И. Результаты аэромеханического обезвоживания угля на стендовой установке / В. И. Мурко, В. И. Карпенок, Н. А. Лисовский // Журн. Сиб. федер. ун-та. Техника и технологии, 2025, 18(8). С. 1036–1040. EDN: GDULOX

Постановка проблемы

В ранее опубликованной статье [1] была описана актуальность достижения приемлемой влажности отгружаемого угля, особенно в зимнее время года. При этом достигается как повышение энергетической ценности продукта, так и снижаются риски замерзания угля в вагонах при его длительной транспортировке и хранении.

Разработанная установка аэромеханического обезвоживания с трубой Вентури была смонтирована в лаборатории Центра инновационных угольных технологий СибГИУ (рис. 1).

Характеристика экспериментальной установки:

• 1.    Труба Вентури:

• –    диаметр горловины — 70 мм;

• –    длина горловины — 150 мм;

• –    диаметр диффузора (максимальный) — 250 мм;

• –    диаметр газоходов — 250 мм.

• 2.    Вентилятор центробежный 30ЦС-85:

  – производительность — 3000 м³/ч;

  – рабочее давление — 8000 Па;

  – мощность двигателя — 15 кВт.

Рис. 1. Фото экспериментальной установки

Fig. 1. Photo of the experimental setup

В процессе пуско-наладочных работ было установлено влияние условий подачи исходного угля в конфузор трубы Вентури на эффективность обезвоживания материала. Организация оптимальной загрузки влажного материала в горловину трубы Вентури — зону с высокой локальной скоростью воздушного потока — обеспечивает интенсивное омывание вводимого материала газом и создает необходимый эффект срыва водной пленки с поверхности частиц с последующим переводом «сорванной влаги» в аэрозольное → туманное состояние [2]. Кроме того, под воздействием высоких градиентов скоростей и давления разрушаются агрегированные скопления исходного влажного угля, увеличивая общую суммарную поверхность угольных частиц. Для повышения указанного эффекта было принято решение о необходимости предварительного разрыхления исходного потока влажного угля. Данная операция осуществлялась с помощью вибростола, на днище которого дозировано подавался исходный уголь.

Целью данной работы было проведение экспериментов по аэромеханическому обезвоживанию углей различной крупности и зольности на созданной установке с определением энергетических затрат на удаление влаги.

Методы и результаты

Для оценки режима течения воздушного потока в горловине трубы Вентури были выполнены замеры скорости воздушного потока на выходе из газохода после вентилятора с применением чашечного анемометра МС-13. В результате было установлено, что общая производительность воздушного потока составила около 2000 м3/ч. Таким образом, скорость потока в горловине трубы Вентури равнялась 145 м/с, что соответствовало предварительно выполнен-– 1038 – ным расчетам. С учетом длины горловины, равной 0,15 м, длительность нахождения угольных частиц в горловине составляла около 0,001 с. В течение указанного времени жидкие пленки частиц срываются с поверхности и в виде аэрозоля вместе с «высушенными» частицами через диффузор трубы поступают в осадительную камеру.

В работе [1] было показано, что градиент скорости воздушного потока и влажных частиц, вовлекаемых в движение в горловине трубы Вентури, существенно зависит от диаметра частиц. Таким образом, эффективность аэромеханического обезвоживания мелких частиц значительно ниже крупных.

В процессе исследований определяли:

• –    гранулометрический состав частиц угля с помощью ситового метода по ГОСТ 2093–82;

• –    влажность угля с применением анализатора влажности МА-30;

• –    зольность угля с использованием муфеля и аналитических весов по ГОСТ Р 55661–2013.

В табл. 1 представлена характеристика проб исходного и обезвоженного угля.

Таблица 1. Характеристика проб угля

Table 1. Characteristics of coal samples

Характеристика, единица измерения	Проба 1		Проба 2
	исходная	после обезвоживания	исходная	после обезвоживания
Гранулометрический состав, %
+3 мм	35,7	41,1	-	-
1–3 мм	40,3	46,2	5,6	7,7
0,5–1,0 мм	9,2	5,8	39,2	45,0
0,25–0,5 мм	5,7	2,9	20,4	19,3
0,16–0,25 мм	3,3	1,8	15,0	10,0
0,071–0,16 мм	2,4	1,9	9,7	8,1
-0,071 мм	3,4	0,3	10,1	9,9
Зольность, %	16,0	16,0	8,2	8,2
Влажность, %	12,1	9,1	9,6	7,2
Разность влажности исходного и обезвоженного продукта, % абс /% отн	3,0 / 25,0		2,4 / 25,0

Как видно из табл. 1, в результате аэромеханического обезвоживания происходит частичный унос мелких классов (содержание кл. –0,071 мм в первой пробе снизилось с 3,4 до 0,3 %, а во второй пробе — с 10,1 до 9,9 %) за счет малой эффективности их обезвоживания и уноса. Это подтверждает закономерность, которая была установлена аналитически в работе [1], согласно которой нижним пределом для аэромеханического обезвоживания являются частицы размером 40–50 мкм. Установлено, что для крупнозернистой пробы достигнутое снижение влажности в абсолютных процентах (3,0) больше, чем для мелкозернистой пробы угля. При этом достигнутая конечная влажность для обеих проб отличается незначительно (менее 2 %).

Таблица 2. Изменение конечной влажности угля в зависимости от исходной

Table 2. Change in the final moisture content of coal depending on the initial

Наименование параметра	Номер пробы
	№ 1	№ 2	№ 3
Влажность исходной пробы, W1, %	13,6	15,6	18,1
Влажность пробы после обезвоживания, W2, %	9,5	9,6	9,8

В табл. 2 представлена зависимость конечной влажности при аэромеханическом обезвоживании от исходной.

Как видно из табл. 2, влажность обезвоженного материала близка к 10 %, что является для данного угля близким значением к пределу механического обезвоживания. При этом изменение начальной влажности в широких пределах (от 13 до 18 %) дает близкие значения конечной влажности при аэромеханическом обезвоживании.

Расчеты показали, что при аэромеханическом обезвоживании с производительностью 400 кг/ч (по исходному углю), влажности от 18 до 10 % затраты энергии составляют 15 кВт∙ч (54МДж), при этом количество удаленной влаги составляет 20 кг. При термической сушке 400 кг/ч с учетом нагрева угля до 60 °C и испарения 20 кг воды затраты энергии составят 79,5 МДж, что почти в 1,5 раза больше, чем при аэромеханическом способе.

Заключение

Разработана и создана экспериментальная установка по аэромеханическому обезвоживанию угля. Аналитически установлено и экспериментально подтверждено, что процесс аэромеханического обезвоживания эффективен для углей кл. 0–3(6) мм с малым количеством микронных частиц (50–60 мкм).

Установлено, что возможно достичь снижения влажности мелкого угля не менее чем на 25 % отн., при этом конечная влажность обезвоженного материала практически не зависит от исходной его влажности.

Энергетические затраты на срыв и превращение в аэрозоль поверхностной влаги угольных частиц более чем на 30 % меньше аналогичных затрат при взрыво- и пожароопасной термической сушке.