Methods of increasing the calorific value of fine coal waste

• Autorzy: Hycnar J. J.

Warianty tytułu

PL

Metody podwyższenia kaloryczności drobnoziarnistych odpadów węglowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The research and testing conducted so far on the application of fine coal waste as a fuel in power boilers and furnaces suggest the possibility of improving their quality and the chance to increase economic and ecological effects by their users. Energy properties of fine-grained coal waste result from the contents and quality of the occurring coal maceral as well as water and mineral components’ contents. The simplest way to increase the calorific value of coal sludge and floatation tailings is to lower their water and ash contents. The humidity of fine coal waste from current production is largely influenced by the applied dewatering installations, where the filtration presses proved the most effective. The degree of hydration of coal sludge and floatation tailings from settling ponds depends on the time of their deposition and the construction of settling ponds as well as the way of their breaking and storing of the broken material. The fine-grained coal waste delivered to power stations can be characterized by the humidity of 14 to 45%. A significant quality improvement of fine coal waste materials was achieved through their granulation. The obtained granulated product can be characterized by its resistance to transport and storage conditions, it does not degrade in changing weather conditions and has better energy properties. By substituting sludge water pulp with sludge granulated product there can be obtained a unitary increase of combusted fuel net calorific value by about 2000 kJ/kg. The essential quality improvement of fine coal waste can be achieved by lowering their mineral components’ contents. The easiest solution is a selective separation of water-sludge flows that are richest in coal from water-sludge circuit, and in the case of waste from storage yards, it is a selective deposit mining. The richest coal concentrates from coal sludge are obtained by separating a grain fraction over 30-50 μm. In the cases of application of dewatering vibration sieves with fabric diaphragms as well as arch sieves and centrifugal dewatering sieves, there were obtained coal concentrates of net calorific values in the range of 15 to 22 MJ/kg. In the deposition methods of water-sludge suspensions in settling ponds applied so far, the possibility of gravitational enrichment of water-sludge suspensions with coal grains has not been used. Through water-sludge suspensions’ flow channeling in settling ponds, there can be obtained rich and very rich-in-coal grains deposit areas, not to mention more effective supernatant water cleaning. Floatation tailings’ cleaning calls for different methods of separation, most often based on specific gravity differences and/or surface properties of coal grains and mineral components. Most frequently constructed cleaning installations are based on technologies using hydrocyclones, heavy water, and floatation processes. These technologies make it possible to obtain the richest coal concentrates. The analysis of fine coal waste utilization leads to a conclusion that through cooperation of mining and power industries there can be created favorable conditions and possibilities for the improvement of both quantitative waste utilization and economic and ecological effects for the parties concerned.

PL

Dotychczasowe badania i doświadczenia stosowania drobnoziarnistych odpadów węglowych, jako paliwa w kotłach i piecach energetycznych, wskazują na możliwość podwyższenia ich jakości oraz zwiększenia efektów ekonomicznych i ekologicznych u ich użytkowników. Właściwości energetyczne drobnoziarnistych odpadów węglowych wynikają z zawartości i jakości występujących materiałów węglowych oraz zawartości wody i składników mineralnych. Najprostszą drogą podwyższenia kaloryczności mułów węglowych i odpadów poflotacyjnych jest obniżenie w nich zawartości wody i popiołu. Na wilgotność drobnoziarnistych odpadów węglowych z bieżącej produkcji duży wpływ mają zastosowane urządzenia odwadniające, najbardziej skutecznymi okazały się prasy filtracyjne. Stopień zawodnienia mułow węglowych i odpadów poflotacyjnych eksploatowanych z osadników zależy od czasu ich deponowania i budowy osadników oraz sposobu urabiania i magazynowania urobku. Dostarczane do energetyki drobnoziarniste odpady węglowe charakteryzują się wilgotnością od 14 do 45%. Znaczącą poprawę jakości drobnoziarnistych odpadów węglowych uzyskano poprzez ich granulowanie. Otrzymywany granulat charakteryzuje się odpornością transportową i magazynową, nie ulega degradacji w zmiennych warunkach pogodowych oraz charakteryzuje się lepszymi właściwościami energetycznymi. Zastępując pulpę mułowo-wodną granulatem mułowym można uzyskać przyrost jednostkowy wartości opałowej spalanego paliwa o ok. 2.000 kJ/kg. Zasadniczą poprawę, jakości drobnoziarnistych odpadów węglowych można uzyskać przez obniżenie w nich zawartości składników mineralnych. Najprostszym rozwiązaniem jest selektywne wydzielanie najbogatszych w węgiel cieków wodno-mułowych z obiegu wodno-mułowego. A w przypadku ich uzyskiwania ze składowisk, selektywne wybieranie depozytu. Najbogatsze koncentraty węglowe z mułów węglowych, uzyskuje się poprzez wydzielanie frakcji ziarnowej powyżej 30-50 μm. W przypadkach zastosowania odwadniających przesiewaczy wibracyjnych z tkaninowymi przeponami oraz przesiewaczy łukow-ych i odśrodkowych sit odwadniających uzyskiwano koncentraty węglowe o wartości opałowej w granicach 16 do 22 MJ/kg. W dotychczasowych metodach deponowania zawiesin wodno-mułowych w osadnikach nie wykorzystuje się możliwości grawitacyjnego wzbogacania zawiesin wodno-mułowych w ziarna węgla. Poprzez ukierunkowanie przepływu zawiesin wodno-mułowych w osadnikach można uzyskać obszary bogatych i najbogatszych depozytów w ziarna węgla oraz uzyskać bardziej efektywne oczyszczenie wody nadosadowe. Wzbogacanie odpadów poflotacyjnych wymaga stosowania innych metod rozdziału, najczęściej opartych o różnice ciężarów właściwych lub/i właściwości powierzchniowych ziaren węgla i składników mineralnych. Najczęściej budowane instalacje oparte są o technologie stosujące hydrocyklony, ciecz ciężką i procesy flotacyjne. Wymienione technologie umożliwiają uzyskiwanie najbogatszych koncentratów węglowych. Z dokonanej analizy zagospodarowania drobnoziarnistych odpadów węglowych wynika, że poprzez współdziałanie górnictwa i energetyki istnieją warunki i możliwości nie tylko zwiększenie ich ilościowego zagospodarowania, ale także zwiększenia efektów ekonomicznych i ekologicznych dla zainteresowanych stron.

Słowa kluczowe

EN

fine (fine-grained) coal waste; coal sludge; floatation tailings; granulated coal sludge; coal sludge and floatation tailings’ combustion

PL

drobnoziarniste odpady węglowe; muły węglowe; odpady poflotacyjne; granulowane muły węglowe; spalanie mułów węglowych i odpadów poflotacyjnych

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Przeróbki Kopalin
• Czasopismo: Inżynieria Mineralna
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 16, nr 1
• Strony: 33--55
• Opis fizyczny: Bibliogr. 42 poz., rys., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Hycnar J. J.

• ECOCOAL Consulting Center, Krzywoustego 2/5, 40-870 Katowice; Poland; tel.: [phone]

Bibliografia

• 1. Hycnar J.J.: Technologie przetwarzania odpadów kompleksu paliwowo-energetycznego. Inżynieria Mineralna 2002. Zeszyt Specjalny nr 1.
• 2. Alwaeli M., Czech Ł.: Możliwości gospodarczego wykorzystania odpadów poflotacyjnych. Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska 2009, vol. 11, nr 3.
• 3. Girczys J.: Odpadowe muły węglowe. Prace Naukowe GIG. No 815. Katowice 1996.
• 4. Yilmaz E.: Advances in reducing large volumes of environmentally harmful mine waste rocks and tailings. Gospodarka Surowcami Mineralnymi 2011. T. 27, z. 2.
• 5. Gibrat R., Chenin F.: The Transport, Preparation and Utilization of Colliery Tailings At the Emile Huchet Power Station. Paper No 1630. Digests of a paper published in August, 1954, in Part II of the Proceedings.
• 6. Fluidized bed boiler Beringen – Unit 2. CMI. Seraing Belgique 1997.
• 7. Hycnar J.J.: Paleniska fluidalne przykładem racjonalnego rozwiązywania problemów odpadów. Polityka Energetyczna 2006, Zeszyt Specjalny, t. 9 Pl ISSN 1429-6675 .
• 8. Grudziński Z.: Analiza porównawcza jakości mułów węgla kamiennego pochodzących z bieżącej produkcji i zdeponowanych w osadnikach ziemnych. VII Konferencja „Kompleksowe i szczegółowe problemy inżynierii środowiska” Koszalin – Ustronie Morskie 2005.
• 9. Sobko W., Baic I., Blaschke W.: Depozyty mułów węglowych – inwentaryzacja i identyfikacja ilościowa. Rocznik Ochrony Środowiska. 2011, t. 13, cz. 2, p. 1405–1415.
• 10. Hycnar J.: Aktualizacja bilansu jakościowego i ilościowego wybranych mułów węglowych. Ecocoal CC – Haldex. Katowice 2003.
• 11. Halat Z., Hycnar J.J.: Properties and utilization of drilling waste. 21 World Miting Congress & Expo 2008. Krakow. Poland.
• 12. Wróbel J., Fraś A., Przystaś R., Hycnar J.J., Tora B.: By-Products of Enrichment of Coal as a Source of Fuels And Aggregates. XVII International Coal Preparation Congress 1-6 October 2013. Istambul, Turkey.
• 13. Hycnar J.J.: Czynniki wpływające na właściwości fizykochemiczne i użytkowe stałych produktów spalania paliw w paleniskach fluidalnych. Wyd. Górnicze. Katowice 2006.
• 14. Szymkiewicz A., Hycnar J.J., Fraś A., Przystaś R., Józefiak T., Baic I., (2012): Application of fluidized bed combustion ashes for enhancement of mining waste management. Proceedings of the IV International Scientific and Practical Workshop Ashes from TPPS. April 19-20, Moscow.
• 15. P.389379. Patent z dnia 26.10.2009r. Szymkiewicz A, Fraś A., Borowski M., Jagiełło Z., Przystaś R., Hycnar J.J., Józefiak T.M., Szczygielski T.: Sposób otrzymywania stałej mieszanki paliwowej.
• 16. Murphy Ch., Benett Ch., Klinger G., Cousns B.: Alternatives to Coal Mine Tailing Impoundment – Evaluation of Th ree Dewatering Metods at Rockspring Coal Mine. Society for Miting, Metallurgy and Exploration. Seattle, Washington February 2012.
• 17. P.396624. Zgłoszenie patentowe z dnia 13.10.2011r. Szymkiewicz A., Fraś A., Przystaś R., Hycnar J.J., Józefiak T.M., Baic I.: „Sposób otrzymywania granulatu opałowego z wykorzystaniem odpadów powydobywczych”.
• 18. Hycnar J.J., Fraś A., Przystaś R, Foltyn R., (2013): Stan i perspektywy podwyższenia jakości mułów węglowych dla energetyki. XXVII Konferencja „Zagadnienia surowców energetycznych i energii w gospodarce krajowej”. Zakopane, 13–16.10.2013.
• 19. Hycnar J.J., Józefiak T.: Brykietowanie odpadów drobnoziarnistych. VIII Śląskie Seminarium Ochrony Środowiska. Bytom 01.06.2007.
• 20. Borkowski G., Hycnar J.J.: Utilization of Fine Coal Waste as a Fuel Briquettes. International Journal of Coal Preparation and Utilization, 33; p. 194–204, 2013.
• 21. Giemza H., Gruszka G., Hycnar J.J., Józefiak T., Kiermaszek K.: Technologie odzysku drobnoziarnistych materiałów i odpadów węglowych na potrzeby produkcji paliw i energetyki. XXIII Konferencja z cyklu: Zagadnienia Surowców Energetycznych i Energii w Gospodarce Krajowej "Dylematy polskiej polityki energetycznej" Zakopane 11–14 październik 2009.
• 22. Hycnar J.J., Foltyn R., Olkuski T., Blaschke A.S., (2005): Kierunki energetycznego wykorzystania drobnoziarnistych odpadów z wydobycia i wzbogacania węgla kamiennego. VII Konferencja Naukowa „Kompleksowe i szczegółowe problemy inżynierii środowiska” Koszalin – Ustronie Morskie 2005.
• 23. Lutyński A., Lutyński A., Szpyrka J.: Badania podatności na wzbogacania mułów węglowych zde-ponowanych w osadnikach ziemnych. Czasopismo Techniczne, nr 150–153. 2012.
• 24. Kot J.: Doświadczenia z użytkowania „instalacji odzysku części z zawiesiny wodno-mułowej zawierającej ziarna o wymiarach wyłącznie <25 μm” w KWK „Jas-Mos”. Szkoła Eksploatacji Podziemnej. Kraków 20–24 lutego 2012.
• 25. Hycnar J.J.: Technologia zagospodarowania odcieku z wirówek odwadniających flotokoncentrat. Ecocoal CC. Katowice 2008.
• 26. P. 402768. Sposób otrzymywania suspensji węglowo-wodnej. Zgłoszenia w UP 2013
• 27. Michalik A., A Hycnar J.J., Kula H., Fraś A., Sikora L.: Zakres i warunki stosowania suspensji węglowo-wodnych. XXVII Konferencja „Zagadnienia surowców energetycznych i energii w gospodarce krajowej”. Zakopane, 13–16.10.2013.
• 28. Hycnar J., Bugajczyk M.: Kierunki racjonalnego zagospodarowania drobnoziarnistych odpadów węglowych. Polityka Energetyczna t. 7, Zeszyt Specjalny, 2004.
• 29. Rolnik R.: Zastosowanie wysoko wydajnych przesiewaczy w technologii klasyfikacji oraz wzbogacaniu ziaren drobnych i bardzo drobnych. Maszyny Górnicze 2009, nr 2.
• 30. Hycnar J., Pasiowiec P., Brożyna J.: Segregation, classification and dewatering of fly ash and bottom ash. Proceedings of the III International Scientific and Practical Workshop ASHES FROM TPPS. April 22-23, 2010 Moscow, Russia.
• 31. Białas M., Białas J., Lutyński A., Kasztan A., Narloch G.: Wydzielanie ziaren węglowych z zawiesin odpadowych. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, t. 17, Z. Spec. 2001.
• 32. Hölter H., Weber A.: Modern Ecological Techniques in the Coal Preparation. 12th International Coal Preparation Congress. May 23-27, 1994, Cracow Poland.
• 33. Meyer R.A. a th.: Gravimelt Process for Coal Desulfurization and Demineralization IEA. 2nd International Conference on the Clean Coal and Efficient Use of Coal and Lignite. Its Role in Energy, Enviornment and Life. Hong Kong. December 3, 1993.
• 34. Hycnar J., Pinko L., Dziwok M.: Wzrost cen energii elektrycznej powodowany kosztem ochrony środowiska. Karbo-Energochemia-Ekologia 1998, nr 8.
• 35. Keller D.V.: A preliminary rapport on the application of the Otisca T-process. Otisca Industries Ltd. USA. Siracusi. 1991.
• 36. Hycnar J.: Zastosowanie wirówek do separacji minerałów. Inżynieria Mineralna. 2002, Zeszyt Specjalny nr 1.
• 37. Hycnar J.J, Mokrzycki E. i in.: Technologie czystego węgla – odsiarczanie i demineralizacja za pomocą silnych zasad. Studia, Rozprawy, Monografie 40 PAN CPPGSMiE. Kraków 1995.
• 38. Hycnar J.; Składowanie odpadów z elektrowni. Gaz, Woda i Technika Sanitarna 1985, nr 4.
• 39. Założenia techniczno-ekonomiczne produkcji koncentratów węglowych z mułow zgromadzonych w osadnikach kopalni węgla kamiennego Chwałowice. Ecocoal CC. Katowice 2001.
• 40. Kral O., Ciołeszyńska U.: Innowacyjne paliwo energetyczne z odpadów poflotacyjnych węgla kamiennego. Czasopismo Techniczne 2012, nr 150–153.
• 41. Repka V., Kral O., Repkova M., Pavlik R.: Możliwość wykorzystania mułu węglowego ze stawów osadowych należących do firmy EKO CARBO – Julia Sp. z o.o. w Wałbrzychu, Polska. Czasopismo Techniczne 2012, nr 150–153.
• 42. Hycnar J.J., Rondio K., Ścieżko M.: Test on Demineralization of High Sulphur Steam Coal Fines in TRW Gravimelt Process. The XII International Coal Preparation Congress. 23–27 May, 1994. Cracow - Poland.