Combustibilul de cărbune pulverizat (PUF) este un tip de combustibil, care este cărbunele , zdrobit anterior în cea mai fină pulbere (praf). Este folosit ca combustibil independent sau aditivi în cazane de abur , cuptoare metalurgice sau alte unități termice.
Principalul avantaj al PU în comparație cu alți combustibili este costul său relativ scăzut.
Orice combustibil solid (cărbune maro și negru, turbă, deșeuri de baterii din cuptorul de cocs etc.) care poate fi măcinat fin poate fi folosit pentru a produce pulbere de cărbune. Pentru uscarea cărbunelui umed se folosesc tamburi de uscător, care funcționează pe principiul co-curentului. Gazele fierbinți cu o temperatură de 300-350°C dintr-un cuptor special intră în tamburul de uscare concomitent cu cărbunele. Pentru măcinare se folosesc concasoare și mori speciale . Finețea necesară pentru măcinarea cărbunelui este determinată de conținutul de substanțe volatile din acesta și de conținutul de cenușă .
PUT este utilizat în topirea furnalelor ca aditiv suflat într- un furnal fierbinte . Când este suflat combustibil solid zdrobit, consumul de căldură pentru procesele de descompunere termică a acestuia este mic, ceea ce asigură un aport de căldură relativ mare (mai ales în raport cu gazele naturale și din cuptorul de cocs ) către vatra unui furnal.
Încălzirea particulelor PUT în tuyeră este foarte rapidă datorită temperaturii ridicate de explozie. Experimentele efectuate cu diverși cărbuni au arătat că cantitatea de volatile produsă în aceste condiții este de aproximativ 1,7 ori cantitatea de volatile detectată prin analiza standard de volatile. Se poate presupune că într-un furnal această cantitate de substanțe volatile este și mai mare.
Îmbogățirea exploziei cu oxigen crește gradul de gazeificare (în momentul formării și eliberării substanțelor volatile) a particulelor de PUT la același nivel cu temperatura inițială de piroliză, în intervalul de până la 180 kg/t fontă. O analiză a parametrilor de funcționare a furnalului și a probelor de cocs prelevate de la nivelul tuburilor de aer a arătat că funcționarea normală a furnalului poate fi perturbată sau cel puțin modificată prin injecția de cărbune [1] .
Principala consecință a impactului cărbunelui zdrobit asupra procesului este înlocuirea directă a carbonului de cocs cu carbon de cărbune. Prin urmare, coeficientul de înlocuire a cocsului cu cărbune depinde în mare măsură de proprietățile cărbunelui, în special de conținutul de carbon , cenușă , sulf și umiditate din acesta. Cu cât conținutul de carbon din cărbune este mai mare, cu atât este mai importantă înlocuirea directă a carbonului de cocs de către acesta, cu atât aportul de căldură la focarul cuptorului este mai mare și raportul de înlocuire cocs-cărbune este mai mare. Spre deosebire de agenții reducători gazoși și lichizi , cărbunele practic nu conține hidrogen (cu excepția celui conținut în substanțe volatile și vapori de apă), astfel încât suflarea cărbunelui în vatră are un efect redus asupra cursului proceselor de reducere. Cenușa de cărbune crește oarecum randamentul de zgură în cuptor, ceea ce reduce economiile de cocs atunci când cărbunele este introdus în cuptor. Sulful introdus de cărbune poate trece parțial în fontă brută , ceea ce impune limitarea cărbunilor utilizați în ceea ce privește conținutul de sulf. Când cărbunele este injectat, condițiile gaz-dinamice de topire practic nu se schimbă. În acest sens, factorul limitator al cantității de combustibil solid utilizat este încălzirea focarului. Reducerea aportului de căldură către vatră datorită căldurii mai scăzute de ardere a cărbunelui față de cocs și prezenței vaporilor de apă supuși disocierii în vatră duce la scăderea temperaturii vatrăi. Prin urmare, cărbunii uscați ar trebui folosiți în furnal [2] .
Utilizarea pe scară largă a cărbunelui pulverizat datează din anii 1980. Îmbunătățirea tehnicii și tehnologiei de injectare a cărbunelui pulverizat a condus la realizarea unui consum stabil al acestuia la nivelul de 150-200 kg/t. Atunci când este suflată o cantitate mare de cărbune, fracția de volum a cocsului din încărcătură scade , ceea ce crește cerințele pentru asigurarea permeabilității la gaz a coloanei de încărcare din mină și a cocsului totherman (duza de cocs) în vatră. Condiția principală pentru îndeplinirea acestor cerințe este utilizarea cocsului de înaltă calitate, cu rezistență ridicată la rece și la cald. Cerințele pentru calitatea cărbunilor pentru suflarea într-un furnal sunt următoarele:
În 1979-1980. primul motiv care a motivat dezvoltarea tehnologiei de injectare a carbonului pulverizat a fost acela de a compensa prețurile ridicate și deficitul de cocs. În timp ce prețul cocsului s-a mutat fără a ține cont de modificarea prețului petrolului , disponibilitatea cocsului a fost limitată. Înainte de criză, consumul mediu de cocs era de aproximativ 400 kg/t fontă, cu un consum de păcură de obicei de 80 kg/t fontă și o temperatură de explozie de 1250 °C. Trecerea la funcționarea exclusiv cu cocs a dus la multe probleme, cum ar fi deficitul de cocs, fluxul instabil de încărcare, consumul crescut de cocs, productivitatea redusă etc. La începutul anilor optzeci, mai multe furnale din Europa și Japonia erau echipate cu un sistem de măcinare, uscare și injecție de cărbune. Pe baza experienței anterioare, finețea cărbunelui a fost cu 80% mai fină decât 80 de microni , iar valoarea țintă pentru consumul de PUT a fost de aproximativ 100 kg/t fontă [3] .
De o importanță deosebită este conținutul de cenușă al cărbunelui injectat, care determină coeficientul de înlocuire a cocsului cu cărbune, afectează conținutul de siliciu din fontă brută și randamentul de zgură . În plus, proprietățile abrazive ale cărbunelui, care afectează rezistența conductelor sistemului său de injecție, sunt determinate și de conținutul de cenușă al cărbunelui. Peste 35% din consumul mondial de cărbune pulverizat provine de la furnalele din Japonia , care sunt toate echipate cu sisteme de injecție de cărbune pulverizat, și aproximativ 25% din furnalele din alte țări asiatice. Creșterea consumului de cărbune injectat necesită soluționarea unui număr de probleme tehnice și tehnologice. S-a stabilit că excesul de consum de PUT peste 200 kg/t este însoțit de o creștere a ponderii cărbunelui nears și o scădere a permeabilității cocsului totermane. Datorită scăderii permeabilității la gaz a coloanei de încărcare în timpul injectării unor cantități importante de cărbune pulverizat și pentru a menține performanța cuptoarelor la nivelul necesar, consumul de explozie este redus prin îmbogățirea acestuia cu oxigen. O caracteristică a tehnologiei de topire cu injecție de cărbune pulverizat este crearea unui orificiu de evacuare a cocsului din cocs grosier în partea axială a cuptorului. La cuptoarele cu aparate conice se folosesc metode speciale de încărcare pentru aceasta [4] .
| Metalurgia feroasă | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Concepte generale Metale negre Aliaj Fabrica de Siderurgie Complex metalurgic Istoria producerii și utilizării fierului | ||||||||||||
Procesele de bază |
| |||||||||||
Unități principale |
| |||||||||||
| Principalele produse și materiale |
| |||||||||||