Пылеугольное топливо

Пылеу́гольное то́пливо (ПУТ) — вид топлива, представляющий собой уголь, предварительно измельченный в тончайший порошок (пыль). Применяется в качестве самостоятельного топлива или добавок в паровых котлах, металлургических печах или других тепловых агрегатах.

Горелки, использующие пылеугольное топливо

Основное преимущество ПУТ по сравнению с другими видами топлива — его относительно низкая стоимость.

Получение

Комплекс по производству ПУТ

Для получения угольного порошка применимо любое твердое топливо (бурые и каменные угли, торф, отходы коксовых батарей и т. д.), поддающееся тонкому размолу. Для сушки влажного угля применяют сушильные барабаны, работающие по принципу прямотока. Горячие газы температурой 300—350° С из специальной топки поступают в сушильный барабан одновременно с углем. Для измельчения применяются дробилки и специальные барабанно-шаровые мельницы. Требуемая тонкость помола угля определяется содержанием в нем летучих веществ и зольностью.

Применение в чёрной металлургии

ПУТ применяется в доменной плавке в качестве добавки, вдуваемой в печь с горячим дутьём. При вдувании измельченного твердого топлива затраты тепла на процессы термического его разложения небольшие, что обеспечивает сравнительно высокий (особенно по отношению к природному и коксовому газам) приход тепла в горн доменной печи.

Особенности горения

Нагрев частиц ПУТ в фурме происходит очень быстро из-за высокой температуры дутья. Эксперименты, проведенные с различными углями, показали, что количество летучих, произведенных в этих условиях, приблизительно в 1,7 раза больше количества летучих, выявленного стандартным анализом на содержание летучих. Можно предположить, что в доменной печи это количество летучих еще выше.

Обогащение дутья кислородом увеличивает степень газификации (в момент образования и выделения летучих) частиц ПУТ при том же самом уровне начальной температуры пиролиза, в диапазоне до 180 кг/т чугуна. Анализ параметров работы доменной печи и образцов кокса, взятых с уровня воздушных фурм, показал, что нормальная работа доменной печи может быть нарушена или как минимум изменена вдуванием угля.

Влияние на доменный процесс

Основным следствием воздействия измельченного угля на процесс является непосредственная замена углерода кокса углеродом угля. Поэтому коэффициент замены кокса углем во многом зависит от свойств угля, в частности от содержания в нем углерода, золы, серы и влаги. Чем выше содержание углерода в угле, тем большее значение имеет прямая замена им углерода кокса, тем выше приход тепла в горн печи и выше коэффициент замены кокса углем. В отличие от газообразных и жидких восстановителей уголь практически не содержит водорода (кроме содержащегося в летучих и водяном паре), поэтому вдувание угля в горн оказывает слабое влияние на ход восстановительных процессов. Зола угля несколько увеличивает выход шлака в печи, что снижает экономию кокса при вводе угля в печь. Сера, вносимая углем, может частично переходить в чугун, что требует ограничения используемых углей по их сернистости. При вдувании угля газодинамические условия плавки практически не меняются. В связи с этим лимитирующим фактором количества используемого твердого топлива является нагрев горна. Уменьшение прихода тепла в горн из-за меньшей по сравнению с коксом теплоты сгорания угля и наличия водяных паров, претерпевающих в горне диссоциацию, приводит к снижению температуры горна. Поэтому в доменной плавке следует использовать высушенные угли.

Широкое использование пылеугольного топлива относится к 80-м годам XX в. Совершенствование техники и технологии вдувания пылеугольного топлива привело к достижению стабильных расходов его на уровне 150—200 кг/т. При вдувании большого количества угля уменьшается объемная доля кокса в шихте, что повышает требования к обеспечению газопроницаемости столба шихты в шахте и коксового тотермана (коксовой насадки) в горне. Главным условием выполнения этих требований является применение высококачественного кокса, обладающего высокой холодной и горячей прочностью. Требования к качеству углей для вдувания в доменную печь сводятся к следующему:

• низкая зольность (не более 10—12 %);
• высокое содержание летучих (30—40 %);
• низкое содержание серы (не более 1 %);
• высокая температура плавления золы (более 1400 °С);
• тонкое измельчение (80 % крупностью 200 мкм);
• хорошая измельчаемость.

В 1979—1980 гг. первая причина, мотивирующая развитие технологии вдувания ПУТ, состояла в том, чтобы компенсировать высокие цены и дефицит кокса. В то время как цена кокса изменялась без связи с изменением цены на нефть, наличие кокса было ограничено. Перед кризисом средний расход кокса составлял около 400 кг/т чугуна, с расходом мазута обычно 80 кг/т чугуна и температурой дутья 1250 °С. Переход на работу только на коксе, приводил к возникновению множества проблем, таких как дефицит кокса, нестабильный сход шихты, повышение удельного расхода кокса, снижение производительности и т. д. В начале восьмидесятых несколько доменных печей в Европе и в Японии были оборудованы системой помола, сушки и вдувания угля. С учетом более раннего опыта, тонкость помола угля составляла 80 % мельче 80 микронов, и целевое значение по расходу ПУТ около 100 кг/т чугуна.

Особое значение имеет зольность вдуваемого угля, которая определяет коэффициент замены кокса углем, влияет на содержание кремния в чугуне и на выход шлака. Кроме того, абразивные свойства угля, влияющие на стойкость трубопроводов системы его вдувания, также определяются зольностью угля. Более 35 % мирового потребления пылеугольного топлива приходится на доменные печи Японии, которые все оборудованы системами для вдувания ПУТ, и около 25 % — на доменные печи других стран Азии. Увеличение расхода вдуваемого угля требует решения ряда технических и технологических проблем. Установлено, что превышение расхода ПУТ сверх 200 кг/т сопровождается увеличением доли несгоревшего угля и снижением проницаемости коксового тотермана. В связи со снижением газопроницаемости столба шихты при вдувании значительных количеств ПУТ и для поддержания производительности печей на необходимом уровне расход дутья сокращают, обогащая его кислородом. Особенностью технологии плавки при вдувании ПУТ является создание в осевой части печи коксовой отдушины из крупного кокса. На печах с конусными аппаратами для этого применяют специальные приемы загрузки.

См. также

• Водоугольное топливо
• Коксование
• Коксохимия

Литература

• Вегман Е. Ф., Жеребин Б. Н., Похвиснев А. Н. и др. Металлургия чугуна : Учебник для вузов / под ред. Ю. С. Юсфина. — 3-е издание, переработанное и дополненное. — М. : ИКЦ «Академкнига», 2004. — 774 с. — 2000 экз. — ISBN 5-94628-120-8.
• Под ред. Л. И. Леонтьева и др. Доменное производство — XXI век. Труды международного конгресса доменщиков. — Москва: Издательский дом "Кодекс", 2010. — 560 с. — ISBN 978-5-904280-18-5.