Анотація до роботи:

Пінчук В. О. Безвідходна технологія використання низькосортного вугілля на основі високотемпературної газифікації. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.06 - Технічна теплофізика і промислова теплоенергетика. - Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2004.

На основі ексергетичного аналізу проведено порівняння варіантів термічної переробки вугілля і визначено ексергетичну характеристику отриманих продуктів і ексергетичну досконалість розглянутих способів переробки. Проведені дослідження процесу газифікації високозольного вугілля Західного Донбасу і встановлені співвідношення між параметрами процесу високотемпературної газифікації, що забезпечують високий вміст пальних компонентів у газі при відділенні зольної частини у вигляді розплаву. З екологічної позиції проведено оцінку процесу газифікації і встановлено залежності утворення елементів у газі, які містять сірку та азот, при різних режимах процесу. Для ефективного використання розплаву золи вугілля теоретично та експериментально визначено вплив конструктивних і режимних параметрів валкових охолоджувачів для сухої грануляції розплаву з утилізацією його фізичної теплоти на величину теплоз’ойму і продуктивність установки. Для раціонального використання мінеральної частини високозольного вугілля з метою видобування рідких елементів визначено масові частки основних мікроелементів і їхній розподіл між зольним винесенням і шлаком у процесі високотемпературної газифікації. Розроблено безвідходну технологію і режими роботи комплексу по переробці низькосортного вугілля і вуглевмісних відходів з утилізацією побічних і вторинних енергетичних ресурсів і ефективність якого складає 38-41 %.

1. Сучасне положення паливно-енергетичного балансу України вказує на необхідність використання низькосортного вугілля. Повне усунення чи часткове зниження негативних наслідків, зв'язаних з використанням високозольного вугілля і відходів вуглезбагачення може бути досягнуто завдяки створенню безвідходних, екологічно безпечних і економічно ефективних комплексних технологій переробки і використання вугілля.

2. Аналіз існуючих методів переробки стосовно до низькосортного вугілля України і вуглевмісних відходів їхнього збагачення показав найбільшу придатність для енергетики і металургії продуктів їхньої термічної обробки. На основі ексергетичного аналізу й особливостей термічних методів переробки вугілля (піролізу, газифікації, спалювання) установлені співвідношення величин хімічного і фізичного потенціалу продуктів переробки і визначена перевага високотемпературної газифікації, яка характеризується низькими втратами ексергії (24,8 %), високим хімічним потенціалом (13,6 МДж/кг вугілля), а також відносною простотою організації процесу.

3. Використовуючи розроблену методику дослідження газифікації рядового вугілля Західного Донбасу з зольністю 40-45 % і відходів вуглезбагачення (ЦЗФ «Павлоградська»), установлені співвідношення між параметрами процесу газифікації (температура в реакторі, склад і кількість окислювача) і утворенням генераторного газу. Показано найбільшу придатність для газифікації низькосортного вугілля циклонних і вихрових апаратів, що забезпечують високу ступінь реагування часток вугілля з окислювачем і добре відділення золи у вигляді розплаву.

4. Установлено, що, приймаючи як основні керуючі параметри вміст кисню в окислювачі і температуру процесу, можна підтримувати такий коефіцієнт витрати окислювача, що установить необхідне співвідношення відновлювальних і окислювальних компонентів у газі. На основі всебічного порівняння способів газифікації вугілля з зольністю 40-45 % показано доцільність процесу парокисневій газифікації при температурі 1973-2073 К при витратах кисню – 0,36-0,38 м³/кг вугілля і пари - 0,05-0,1 кг/кг вугілля. При цьому частка пальних компонентів генераторного газу (СО+Н₂) становить 75-80 %, теплота згоряння 9,5-9,8 МДж/м³, а вихід газу 1,2-1,3 м³/кг вугілля.

5. На основі результатів чисельного моделювання процесу газифікації отримані дані про вміст речовин у газі, які містять сірку та азот, і визначено вплив температури в реакторі, складу і кількості окислювача на їхнє утворення. Проведена екологічна оцінка процесу в температурному діапазоні 1073-2273 К показала, що при газифікації в газову фазу переходять з'єднання сірки, 95-98 % яких складає сірководень. Максимальна кількість сірководню утвориться при високотемпературній потоковій газифікації (1973-2173 К) і його вихід становить до 0,5 %, а очищення газу з конверсією сірководню в товарну сірку не викликає технологічних утруднень.

6. Теоретично й експериментально визначено вплив конструктивних і режимних параметрів валкових охолоджувачів для сухої грануляції розплаву золи з утилізацією його фізичної теплоти на величину теплоз’йому. Установлено, що при радіусі валка 0,2 м і висоті ванни розплаву 0,17 м доцільними є частота обертання валків 1-1,5 об/хв і товщина шлакової стрічки 1,5-2 мм. При таких конструктивних і технологічних параметрах температура шлакової стрічки після валкових охолоджувачів становить 950-1000 ^ОС, а теплоз’ойм - 42 %. Результати досліджень узагальнено у формі, зручної для практичного використання.

7. Установлено поводження мікроелементів вугілля при його високотемпературній газифікації. Отримано дані по розподілу їх між шлаком і зольним винесенням і встановлено, що зольні винесення є концентратом рідких елементів. Так концентрація германія в зольному винесенні в 43 рази перевищує його вміст у вихідному вугіллі, молібдену в 35 разів, а концентрація ванадію в 5 разів. Облік витрат на отримання такого концентрату при техніко-економічній оцінці комплексу по переробці вугілля може значно підвищити його ефективність.

8. Для реалізації безвідходної технології використання низькосортного вугілля запропоновано новий енерготехнологічний комплекс, що забезпечує повну утилізацію побічних і вторинних енергетичних ресурсів. Проведена оцінка ефективності безвідходної технології переробки низькосортного вугілля показала, що ККД брутто представленого комплексу складає в середньому 60 %, а ККД нетто складає 38-41 %. Результати досліджень використано при розробці технологічного завдання на проектування системи автономного енергозабезпечення ЦЗФ «Павлоградська» усіма видами енергії.

Основний зміст дисертації опублікований у наступних наукових працях:

1. Потапов Б. Б., Пинчук В. А. Исследование и разработка режимов поточной газификации углей украинских месторождений //Металлургическая теплотехника. Сборник научных трудов Национальной металлургической академии Украины.– Днепропетровск: НМетАУ.- 2000. – С. 106-112.

2. Потапов Б. Б., Пинчук В. А. Анализ энергетического потенциала процессов термической переработки низкосортных углей// Інтегровані технології та енергозбереження. -2002.- №2.-С. 29-33.

3. Потапов Б. Б., Пинчук В. А. Исследование образования серо- и азотосодержащих веществ в процессе газификации низкосортных углей //Proc. III Miedzynarodowa Sesja Naukowa «Nowe Technologie i Оsiagniecia W Metalurgii i Inzynierii Materialowej» - Czestochowa (Polska).-2002.-Р. 146-149.

4. Potapov B., Pinchuk V. Research of the thermochemical characteristics of gasification of Ukrainian inferior coals //Proc. 8 International Scientific Conference «Energy Transformations in Industry», Kosice (Slovak Republic).- 2002.- Р. 135-139.

5. Потапов Б. Б., Пинчук В. А. Экологические аспекты термохимической переработки низкосортных углей Приднепровского региона //Металлургическая и горнорудная промышленность.- 2002.- №3.- С. 121-124.

6. Потапов Б. Б., Пинчук В. А. Исследование влияния параметров окислителя на процесс газификации низкосортных углей ГХК «Павлоградуголь» //Металлургическая теплотехника. Сборник научных трудов Национальной металлургической академии Украины.– Днепропетровск: НМетАУ.- 2002. - Том 8. – С. 114-119.

7. Пинчук В. А. Компьютерное моделирование процесса газификации угля с использованием равновесной модели// Металлургическая теплотехника. Сборник научных трудов Национальной металлургической академии Украины.– Днепропетровск: НМетАУ.- 2002. - Том 8.-С. 107-113.

8. Потапов Б. Б., Пинчук В. А. Исследование теплообмена шлаковых и золовых расплавов в валковых охладителях //Материалы 2-й международной научно-практической конференции «Автоматизированный печные агрегаты и энергосберегающие технологии в металлургии». - Москва (Россия).- -2002.- С. 259-260.

9. Потапов Б. Б., Пинчук В. А. Термодинамические исследования экологических характеристик процесса газификации углей Западного Донбасса (ГХК "Павлоградуголь") //Экотехнологии и ресурсосбережение. - 2003.- №3.- С. 47-50.

10. Потапов Б. Б., Пинчук В. А., Порядин М. Б. Извлечение микроэлементов при высокотемпературной газификации углей //Металлургическая теплотехника. Сборник научных трудов Национальной металлургической академии Украины. – Днепропетровск: НМетАУ.- 2003.- Том 9. -С. 59-63.

11. Пинчук В. А., Потапов Б. Б. Безотходная технология переработки низкосортных углей в газ для энергетики и металлургии //Металлургическая теплотехника. Сборник научных трудов Национальной металлургической академии Украины. – Днепропетровск: Пороги.- 2004. – С. 59-66.

12. Пинчук В. А., Потапов Б. Б., Коваленко Е. А. Технология комплексной переработки низкосортных углей и отходов углеобогащения //Інтегровані технології та енергозбереження. -2004.- №2.- С. 125-129.