Современное экономическое и социальное положение Украины отличается суровой ограниченностью энергетических ресурсов природного газа, каменного угля и электроэнергии. В связи с этим критического значения для обороны, промышленности и быта населения приобретают альтернативные виды топлива на базе доступных отечественных ресурсов и, в частности, бурого угля. Общемировое сокращение запасов нефти и газа тоже вызывает необходимость перехода на твердые горючие ископаемые, такие, как сланцы и бурый уголь. В частности, основным направлением применения бурого угля является его топливное использование на теплоэлектростанциях (ТЭС) и в малых котельных в быту и на промышленных предприятиях.

Развитие теплоэнергетики в современных условиях требует высококачественного топлива с низким содержимым серы и азота. Однако в отличие от газообразного топлива бурый уголь имеет высокую зольность и влажность. Известно, что около 80% добытого угля в Украине содержит серу. Удельная теплота сгорания сырого бурого угля не превышает 2,9 МДж/кг. Он содержит от 40 до 60% весов воды и на воздухе быстро рассыпается. Поэтому для удобства перевозки и использования его брикетируют. При брикетировании бурый уголь обогащают и сушат. При этом его теплообразовательная способность повышается до 4,2 МДж/кг.

Чтобы подготовить бурый уголь для изготовления брикетов, его (I) сортируют, (II) измельчают, (III) сушат и лишь потом (IV) прессуют в брикеты.

 Недостатки существующих технологий

В большинстве сушильных установок в качестве агента сушения применяется смесь топочных газов с воздухом. Процесс сушения бурого угля у них происходит при высоких температурах при атмосферном давлении.

 Паровые тарелочные и трубчатые сушильные установки

 При паровом сушении используют отработанную в прессах или турбинах перегретую до 280…350°C пара, которая поступает в сушилку за давления в 1,5…3,5 aтм. Производительность технологии сушения в такой сушилке бурого угля, который содержал 56% влаги, и было высушенную к влагосодержанию в 14%, составляла 109 т за 24 ч.

 Недостатком такой сушилки является низкий тепловой КПД, неодинаковая степень термической обработки материала, который высушивается, применение неэкологических продуктов горения. Все это существенным образом увеличивает стоимость процесса сушения и повышает энергоемкость.

 Дымогарные барабанные сушильные установки

 Барабанные сушилки представляют собой цилиндрический барабан длиной от 7 до 8 м и диаметром до 3 м, что оборачивается под углом в 5…6° к оси со скоростью от 4 до 6 оборотов на минуту.

 Время пребывания угля в сушилке — от 25 до 30 минут.

 Производительность для малых сушилок — 90 т высушенного угля за 24 ч, а для больших — от 120 до 140 т за сутки.

 Уголь из сушильной установки подается шнеком на грохот и подвергается дроблению на валках. Получаемые зерна не превышают за размером 8 мм.

 Производительность по сухому материалу до 3 тон на час.

 Удельная затрата тепла на 1 кг выпаренной влаги 4605 кДж/кг (1279 кВт•ч./т)

 Перечисленные выше сушильные установки громоздкие, металлоемкие, используют большое количество тепловой энергии.

 Операция удаления серы из угля тоже трудоемкая, с большими затратами энергии и средств. Согласно существующим технологиям лишь на измельчение угля к тонким фракциям тратится до 150 кВт•ч/т, при этом процессы измельчения не отвечают экологическим нормам загрязнения окружающего среды.

 В данных установках необходимо выравнивать температурное поле в массе влажного материала, во избежание его локального перегрева. Установки используют много тепловой энергии на единицу веса материала.

 Стоимость оборудования и его эксплуатационные затраты чрезмерно высокие для отечественного потребителя.

 Технология сушения и измельчение бурого угля

 Термовакуумна установка НВК ВИЭРТ

 Схема термовакуумной установки и ее внешний вид приведены на Рис. 1.

 Основные параметры разработанной термовакуумной сушильной установки приведены в Таблице 1.

 Максимальная продолжительность пребывания частичек бурого угля в термовакуумной установке (продолжительность сушения) составляет 14 с.

  Таким образом, технологический режим обеспечивает преобразование сырья бурого угля с начальной влажностью 40% в мелкодисперсный порошок с влажностью меньше 1,0% всего за 14 секунд пребывания в нагревательном элементе установки. Температура высушенного бурого угля на выходе из нагревательного элемента не превышает 76°С.

  Экспериментально определенные удельные энергозатраты в этом технологическом режиме составляют 250 кВт часов на тоне выпаренной влаги. Сравнивая их с существующими аналогами, например, типичной барабанной технологией (1279 кВт•ч/т), видим приблизительно пятикратный выигрыш в энергоэфективности.

 Характеристики конечного продукта

 Сканирующая электронная микроскопия (СЕМ), позволила сделать вывод, что технология обеспечивает измельчение продукта вплоть до нанодисперсного структурного состояния (рис. 2).

 В разработанном технологическом режиме сушения бурого угля происходит равномерно, его цвет меняется с бурого на черный (см. Рис. 3(а-б)). Это говорит о том, что содержимое серы в буром угле при обработке его в термовакуумной сушильной установке снижается.

 Рентгеновская флуоресцентная спектроскопия показала, что содержимое серы в высушенном буром угле снизилось более чем в два раза: с 4,8% до 2,2%. Уменьшение содержимого азота в разных экспериментах достигало от 3,7 к 8.5 разам.

 Брекитирование

 Прессование смеси в брикеты проводиться при удельном давлении 100 МПа.

 Механическая прочность получаемых брикетов на сжатие достигает 5,4 МПа.

 Угольные брикеты с бурого угля можно использовать для сжигания в котельных, домашних печах, водонагревательных котлах, агрегатах промышленного назначения, которое являются перспективным, альтернативным, с улучшенными экологическими свойствами, источником энергии.

 Технология допускает масштабирование до производительности в 100 тон в сутки для нужд промышленной теплоэнергетики.