Сучасне економічне та соціальне становище України характеризується суворою обмеженістю енергетичних ресурсів природного газу, кам'яного вугілля та електроенергії. У зв'язку з цим критичного значення для оборони, промисловості та побуту населення набувають альтернативні види палива на основі доступних вітчизняних ресурсів і, зокрема, бурого вугілля. Загальносвітове скорочення запасів нафти й газу також викликає необхідність переходу на тверді горючі копалини, такі як сланці та буре вугілля. Зокрема, основним напрямком використання бурого вугілля є його паливне застосування на теплоелектростанціях (ТЕС) і в малих котельнях у побуті та на промислових підприємствах.

Розвиток теплоенергетики в сучасних умовах вимагає високоякісного палива з низьким вмістом сірки та азоту. Однак, на відміну від газоподібного палива, буре вугілля має високу зольність і вологість. Відомо, що близько 80% видобутого вугілля в Україні містить сірку. Питома теплота згоряння сирого бурого вугілля не перевищує 2,9 МДж/кг. Воно містить від 40 до 60% маси води і на повітрі швидко розсипається. Тому для зручності перевезення та використання його брикетують. При брикетуванні буре вугілля збагачують і сушать. При цьому його теплоутворювальна здатність підвищується до 4,2 МДж/кг.

Щоб підготувати буре вугілля для виготовлення брикетів, його (I) сортують, (II) подрібнюють, (III) сушать і лише потім (IV) пресують у брикети.

 Недоліки існуючих технологій

У більшості сушильних установок як агент сушіння використовується суміш топкових газів з повітрям. Процес сушіння бурого вугілля у них відбувається при високих температурах за атмосферного тиску.

 Парові тарілчасті та трубчасті сушильні установки

 При паровому сушінні використовують відпрацьовану в пресах або турбінах перегріту до 280…350°C пару, яка надходить у сушарку за тиску 1,5…3,5 атм. Продуктивність технології сушіння в такій сушарці бурого вугілля, що містив 56% вологи, і був висушений до вологості 14%, становила 109 т за 24 год.

 Недоліком такої сушарки є низький тепловий ККД, нерівномірна ступінь термічної обробки матеріалу, що висушується, використання неекологічних продуктів згоряння. Все це суттєво підвищує вартість процесу сушіння і збільшує енергоємність.

 Димогарні барабанні сушильні установки

 Барабанні сушарки являють собою циліндричний барабан довжиною від 7 до 8 м і діаметром до 3 м, що обертається під кутом 5…6° до осі зі швидкістю від 4 до 6 обертів на хвилину.

 Час перебування вугілля в сушарці — від 25 до 30 хвилин.

 Продуктивність для малих сушарок — 90 т висушеного вугілля за 24 год, а для великих — від 120 до 140 т за добу.

 Вугілля з сушильної установки подається шнеком на грохот і піддається дробленню на вальцях. Отримані зерна не перевищують за розміром 8 мм.

 Продуктивність по сухому матеріалу до 3 тонн на годину.

 Питома витрата тепла на 1 кг випареної вологи 4605 кДж/кг (1279 кВт•год./т)

 Перелічені вище сушильні установки громіздкі, металоємні, використовують велику кількість теплової енергії.

 Операція видалення сірки з вугілля також трудомістка, з великими витратами енергії та коштів. Згідно з існуючими технологіями лише на подрібнення вугілля до тонких фракцій витрачається до 150 кВт•год/т, при цьому процеси подрібнення не відповідають екологічним нормам забруднення навколишнього середовища.

 У цих установках необхідно вирівнювати температурне поле в масі вологого матеріалу, щоб уникнути його локального перегріву. Установки використовують багато теплової енергії на одиницю ваги матеріалу.

 Вартість обладнання та його експлуатаційні витрати надто високі для вітчизняного споживача.

 Технологія сушіння та подрібнення бурого вугілля

 Термовакуумна установка НВК ВДЕРТ

 Схема термовакуумної установки та її зовнішній вигляд наведені на Рис. 1.

 Основні параметри розробленої термовакуумної сушильної установки наведені в Таблиці 1.

 Максимальна тривалість перебування частинок бурого вугілля в термовакуумній установці (тривалість сушіння) становить 14 с.

  Таким чином, технологічний режим забезпечує перетворення сировини бурого вугілля з початковою вологістю 40% у дрібнодисперсний порошок з вологістю менше 1,0% всього за 14 секунд перебування у нагрівальному елементі установки. Температура висушеного бурого вугілля на виході з нагрівального елемента не перевищує 76°С.

  Експериментально визначені питомі енерговитрати в цьому технологічному режимі становлять 250 кВт годин на тонну випареної вологи. Порівнюючи їх з існуючими аналогами, наприклад, типовою барабанною технологією (1279 кВт•год/т), бачимо приблизно п’ятикратну перевагу в енергоефективності.

 Характеристики кінцевого продукту

 Скануюча електронна мікроскопія (СЕМ) дозволила зробити висновок, що технологія забезпечує подрібнення продукту аж до нанодисперсного структурного стану (рис. 2).

 У розробленому технологічному режимі сушіння бурого вугілля відбувається рівномірно, його колір змінюється з бурого на чорний (див. Рис. 3(а-б)). Це свідчить про те, що вміст сірки у бурому вугіллі при обробці його в термовакуумній сушильній установці знижується.

 Рентгенівська флуоресцентна спектроскопія показала, що вміст сірки у висушеному бурому вугіллі знизився більш ніж у два рази: з 4,8% до 2,2%. Зменшення вмісту азоту в різних експериментах досягало від 3,7 до 8,5 разів.

 Брикетування

 Пресування суміші в брикети проводиться при питомому тиску 100 МПа.

 Механічна міцність отриманих брикетів на стискання досягає 5,4 МПа.

 Вугільні брикети з бурого вугілля можна використовувати для спалювання в котельнях, домашніх печах, водонагрівальних котлах, агрегатах промислового призначення, які є перспективним, альтернативним, з покращеними екологічними властивостями, джерелом енергії.

 Технологія допускає масштабування до продуктивності у 100 тонн на добу для потреб промислової теплоенергетики.