Технология Coldry: передовое сушение низкокачественного угля для высококачественных BCE-пеллет

Технология Coldry для сушки низкокачественного угля

Технология Coldry разрабатывается Environmental Clean Technologies (ECT) Limited, Австралия. Технология состоит в удалении воды из широкого диапазона низкокачественных углей (лигнитов и суббитуминозных углей), содержащих до 70 % влаги, в высококалоричные (CV) черные уголь-эквивалентные (BCE) пеллеты с влажностью около 10 %. BCE означает, что чистая энергетическая ценность пеллет Coldry находится в диапазоне, аналогичном многим черным углям.

Технология Coldry — запатентованный процесс, который меняет естественную пористую форму низкокачественных углей для производства сухих и плотных пеллет процессом, называемым «уплотнение бурого угля» (BCD). Технология основана на исследованиях, первоначально проведенных CRA и Мельбурнским университетом в начале 1980-х. Технология продемонстрирована на пилотном заводе в Bacchus Marsh. Этот завод был введен в эксплуатацию в 2004 году, усилен системой восстановления воды в 2007 году и обновлен в 2011 году для производства до 20 000 тонн в год пеллет BCE Coldry. Процесс протестирован и доказан успешным на широком диапазоне низкокачественных углей.

Принцип процесса

Процесс Coldry сочетает два уникальных аспекта: (i) уплотнение бурого угля, и (ii) использование отходящего тепла. Процесс стимулирует естественную химическую реакцию внутри угля. Эта реакция полимеризует активные места в угольных соединениях и выгоняет химически связанную воду. Полимеризация активных мест схлопывает пористую структуру угля и выгоняет физически запертую воду. Выброшенная вода мигрирует на поверхность угольных пеллет. Поверхностная вода испаряется за счет использования отходящего тепла от смежной электростанции (ЭС).

BCD — естественное явление, при котором физическая структура угля трансформируется из влажного, мягкого, рассыпчатого сырья в плотное, сухое, твердое материальное. Для запуска BCD требуется очень специфический тип обработки для приложения сдвиговых напряжений во времени. Первичный дизайн процессного оборудования и эксплуатационные параметры адаптированы к характеристикам сырого угля.

Приложение правильного количества механического сдвига к сырой угле приводит к мягкому и пластичному угольному «пастообразному» состоянию и позволяет низкодавление экструдирование пасты для формирования пеллет. Фундаментальное здесь в том, что физически запертая влага мобилизуется и, по мере миграции этой влаги на поверхность пеллет и испарения, пористая структура пеллета схлопывается и уплотняется.

Контроль скорости сушки в предсказуемом временном интервале — важный аспект процесса Coldry. Кроме того, поскольку генерация тепла традиционными методами относительно дорога, процесс Coldry использует ресурсы отходящей энергии и направляет тепло на низкотемпературную сушку пеллет. BCD идеально проходит в диапазоне 40–70 °C.

Химия технологии Coldry показана на рис. 1.

Рис. 1 Химия технологии Coldry

Технологический процесс Coldry имеет следующие три отдельных процессных этапа.

• Механическое сдвигание — для освобождения физически запертой влаги, достигаемое через разрушение пористой структуры угля. Этот процесс механического сдвигания приводит к угольной суспензии подходящей консистенции для экструдирования.
• Экструдирование — экструдирование угольной суспензии для производства пеллет оптимального размера для последующей сушки.
• Сушка — сушка для испарения мобилизованной влаги внутри пеллет, тем самым доставляя готовый продукт с влажностью менее 15 %. Для сушки используется отходящая энергия от смежной ЭС. Низкокачественная отходящая энергия от любого другого источника также может использоваться для сушки пеллет.

Процесс сушки угля

Процесс Coldry имеет следующие шесть шагов. Технологическая схема показана на рис. 2.

• Просеивание и контроль загрузки — низкокачественный сырой уголь с влажностью 30–70 % измельчается до размера менее 8 мм. Измельченный уголь мягкой рассыпчатой консистенции загружается в накидной бункер и просеивается. Накидной бункер — накопительный бункер с автоматическим контролером переменной скорости загрузки. Просеивание измельченного угля удаляет крупногабаритные частицы и загрязнения (инородные объекты) перед добавлением небольшого количества воды. Просеивание обеспечивает равномерную загрузку в следующий процессный шаг. Количество добавляемой воды зависит от исходной влажности угля и может составлять до 5 %.
• Аттриционирование и экструдирование — уголь после добавления воды подается в «аттриционер». В аттриционе грани угля натираются и сдвигаются для формирования угольной пасты. Интенсивное смешивание при натирании граней угля инициирует естественную экзотермическую химическую реакцию внутри угля и это генерирует естественный процесс выгона как химически запертой, так и физически абсорбированной воды внутри пористой структуры угля. Реакция ускоряется, когда эта пластифицированная смесь экструдируется под низким давлением. Экструдированный уголь отправляется в «кондиционирующий блок» через конвейерную ленту.
• Кондиционирование — кондиционирование выполняется на кондиционирующей ленте, где экструдированные угольные пастообразные пеллеты нагреваются около часа теплым воздухом при 40 °C. Кондиционирование экструдированного угля выполняет поверхностную сушку угля для обеспечения достаточной зеленой прочности, чтобы он мог выдержать переход к следующему шагу «набивного сушильного барабана» (PBD). Твердость экструдированного угля описывается повышенным уровнем сухой поверхности и твердостью. Кроме того, с закалкой продукт сокращается и разделяется на пеллеты. Теплый воздух, необходимый для испарения поверхностной воды во время кондиционирования и набивной сушки, производится через теплообмен с отходящим теплом от смежной ЭС.
• Набивная сушка — входящие влажные угольные пеллеты из кондиционирующего блока дополнительно сушатся в вертикальном PBD до их конечного уровня влажности. Теплый воздух от смежной ЭС циркулирует через сушильник для удаления влаги из пеллет. Реакция перекрестного связывания завершается внутри сушильника, тем самым повышая прочность до уровней, достаточных для выдерживания нагрузной обработки и транспорта. Конечная влажность в сушеной пеллете обычно в диапазоне 10–14 %. Факторы, влияющие на конечное содержание влаги: (i) влажность шахтного угля, (ii) характеристики кормового угля, (iii) температура, обеспечиваемая теплообменным блоком, и (iv) время сушки.
• Восстановление воды — теплый воздух, покидающий PBD, при около 30 °C и высоко насыщен. Влажность этого насыщенного теплого воздуха конденсируется при охлаждении. Эта восстановленная вода собирается и может использоваться в смежной ЭС или другом месте, так как она не имеет загрязнителей.
• Продукт — пеллета Coldry — входящий низкокачественный уголь теперь превращен в продукт BCE через постоянное удаление структурной и физически запертой воды. Продукт BCE процесса известен как пеллета Coldry. Он имеет высокую энергетическую ценность, стабилен и не регидратируется. Его можно транспортировать для использования. Типичные характеристики пеллет Coldry: (i) диаметр — 16 мм, (ii) длина — 45 мм, (iii) насыпная плотность — около 700–750 кг/м³, (iv) влажность — около 12 %, и (v) высокая теплота сгорания — 5550 ккал/кг.

Рис. 2 Технологическая схема процесса Coldry

Коммерческий дизайн и интеграция с электростанцией

На основе пилотного завода Coldry дизайн коммерческого масштаба завода Coldry готов. Коммерческий завод Coldry спроектирован модульным и поэтому масштабируемым. Модульный подход означает, что все участки завода могут быть изготовлены вне площадки, затем перевезены в контейнерах и собраны.

Модули завода Coldry спроектированы для производства: (i) 340 000 тонн в год пеллет Coldry из угля с 60 % влажностью, (ii) 440 000 тонн в год из угля с 50 % влажностью, или (iii) 600 000 тонн пеллет Coldry из угля с 40 % влажностью.

Процесс Coldry может быть интегрирован с ЭС. Пульверизатор на ЭС измельчает пеллеты Coldry в угольную пыль, подходящую для впрыска в пульверизированный угольный котел ЭС. Охлаждающая вода из конденсатора ЭС, которая при более высокой температуре, качается в процесс Coldry для теплообмена. Возвращаемая вода из теплообменника Coldry при более низкой температуре, но все еще нуждается в дополнительном охлаждении. Эта восстановленная вода из процесса Coldry может подаваться в охлаждающий контур ЭС, тем самым снижая необходимость забирать воду из других источников. Интеграция процесса Coldry с ЭС показана на рис. 3.

Рис. 3 Интеграция процесса Coldry с электростанцией

Преимущества процесса Coldry

Процесс Coldry имеет несколько преимуществ. Преимущества описаны ниже.

Процессные преимущества

— (i) Использует низкокачественную отходящую энергию как основной источник энергии, поэтому процесс экономичен и снижает углеродный след, (ii) уменьшает испарительные потери воды на смежной ЭС (одна тонна восстановленной воды в процессе эквивалентна одной тонне испарительных потерь воды через охлаждающие башни ЭС), (iii) позволяет восстанавливать до 95 % воды, выгонаемой при сушке сырого угля, (iv) процесс простой и механический, обеспечивающий высокую надежность и более легкое обслуживание, (v) процесс происходит при низкой температуре и низком давлении, тем самым снижая энергопотребление и увеличивая срок службы оборудования, (vi) процесс модульный и состоит из предварительно изготовленных компонентов для более легкой установки, и (vii) производит высокую качество воды как побочный продукт, готовую для немедленного промышленного использования без дорогой очистки, и становится питьевой с незначительной фильтрацией.

Преимущества продукта

— Преимущества пеллет Coldry: (i) пеллеты имеют повышенную калорийность, (ii) пеллеты не ресорбируют атмосферную воду, (iii) пеллеты имеют низкий риск самовозгорания и подходят для транспортировки, (iv) пеллеты сохраняют высокое содержание летучих веществ сырого угля, тем самым идеальное сырье для последующих процессов, таких как газификация, уголь-в-жидкость и другие угольные производные химикаты, и (v) низкие уровни золы, полученные из сырого угля (аналогично с серой).