Trituración del carbón para obtener combustible de carbón y agua

La trituración de carbón es una de las etapas del proceso tecnológico de obtención de combustible de carbón y agua. El combustible de carbón y agua debe su apariencia a la suspensión de carbón y agua, que se utilizó en los años 50-60 del siglo pasado para encontrar una aplicación para las partículas de carbón regadas. Entonces, la tecnología de la suspensión de carbón y agua se consideró más como una forma de utilizar los desechos de la industria del carbón. 

Pero la crisis mundial del petróleo de los años 70 obligó a muchos países a buscar una alternativa a los combustibles tradicionales (petróleo, fuel oil, gas natural). En EE. UU., Japón, Suecia y China, se está haciendo realidad la idea de utilizar una mezcla de carbón fino y agua como combustible de alta calidad. Esta mezcla se denominó más tarde «combustible de carbón y agua» . Un poco más tarde, en los años 80, el polvo fino de carbón -combustible de polvo de carbón – comenzó a utilizarse de forma más intensiva para altos hornos y calderas de vapor. 

Composición y propiedades del combustible de carbón y agua

La composición porcentual del combustible de carbón y agua es la siguiente:

• carbón fino – 60-70% (finura de molienda de 200 micrones y menos);
• agua – 30-40%;
• aditivos químicos – hasta 1%.

Los aditivos químicos se utilizan para combinar mejor las fases líquida (agua) y sólida (carbón triturado), así como para aumentar la resistencia a la separación de la mezcla resultante.

El combustible de carbón y agua tiene una temperatura de ignición de 450-650 ° C, una temperatura de combustión de 950-1050 ° C y el grado de quemado es del 99,5%. Además, el combustible de carbón y agua es respetuoso con el medio ambiente en comparación con los combustibles tradicionales, lo que se confirma por un menor contenido de óxidos de nitrógeno en los productos de combustión (1,5-2 veces), monóxido de carbono (2 veces) y benzopireno (5 veces). La difusión de la tecnología se ve facilitada por la producción de combustible a partir de varios grados de carbón y la falta de pretensiones en la calidad del agua.

Molienda del carbón como etapa principal en la producción de combustible de carbón y agua

El proceso tecnológico clásico para la producción de combustible de carbón y agua consta de varias etapas:

1. trituración del carbón gruesa;
2. molienda del carbón fina;
3. mezcla final de agua y partículas de carbón triturado. 

La Figura 1 muestra uno de los esquemas más comúnmente usados ​​para producir combustible de carbón y agua.

Figura 1 – Esquema de producción de combustible de carbón y agua: 1 – tanque de carbón, 2 – alimentador de tornillo, 3 – tanque mezclador, 4 – mezclador, 5 – molino de tambor de bolas para trituración del carbón húmedo, 6 – accionamiento eléctrico, 7 – hidrociclón, 8 – tanque intermedio, 9 – bomba peristáltica consumible, A – carbón crudo, B – agua, C – aditivo, D – combustible de carbón y agua terminado

El diagrama no muestra un molino de la trituración del carbón gruesa, que produce partículas con un tamaño de 6-13 mm.

Como se puede ver en la figura, el proceso de obtención de combustible de carbón y agua es complicado y el esquema en sí contiene muchos elementos, es decir, la línea de procesamiento suele ocupar mucho espacio.

Molino del carbón

En los sistemas tradicionales, la trituración del carbón se realiza mediante molinos de bolas y varillas. Dependiendo del esquema tecnológico y del tipo de molino del carbón, el consumo específico de energía es muy alto y en promedio oscila entre 50 y 250 kWh / t. Estos gastos energéticos surgen debido a la muy baja eficiencia energética del equipo utilizado.    

Además del alto consumo específico de energía, la tecnología tradicional tiene otras desventajas: 

• la dispersión grande de tamaños de partículas de carbón triturado;
• la inestabilidad de las características de plasticidad;
• la necesidad de introducir aditivos químicos para la estabilidad de la mezcla;
• la quema de combustible en calderas de alta potencia puede ser superior al 15%.

Por lo tanto, la tarea de introducir molinos para carbón energéticamente eficientes, que puedan proporcionar simultáneamente la finura de molienda requerida y la estabilidad de combustible de carbón y agua, sigue siendo actual.

Molino del carbón electromagnético – Resultados de las pruebas

Como equipo alternativo para la trituración del carbón, GlobeCore ofrece un aparato de la capa vórtex (molino electromagnético).

Estructuralmente, el aparato de la capa vórtex es un inductor para crear un campo electromagnético giratorio y una cámara de trabajo hecha de material no magnético. En la cámara de trabajo, bajo la influencia de un campo electromagnético, se mueven partículas ferromagnéticas que, durante su movimiento, crean una capa de vórtex. Las partículas chocan constantemente entre sí, con las paredes de la cámara de trabajo y con las sustancias procesadas (carbón y agua). La frecuencia de tales colisiones es muy alta. En este caso, el carbón se tritura y cada partícula ferromagnética es un mini mezclador y mezcla intensamente agua y carbón. Es decir, hay una trituración y mezcla simultánea de componentes. 

Para estudiar la eficiencia de utilizar un molino electromagnético en el proceso de producción de combustible de carbón y agua, llevamos a cabo un experimento que consta de dos etapas.

La primera etapa: trituración del carbón con una fracción de 10-15 mm a polvo de carbón con una fracción de 0-300 micrones

Primero, trituramos carbón con una fracción de 10-15 mm usando el aparato de la capa vórtex AVS-150 “en seco” durante dos minutos. La trituración del carbón se comprobó mediante tamices de laboratorio. El 96% del carbón pasó por un tamiz de 316 micrones. Después de eso, la muestra tamizada se pasó por un tamiz de 160 µm y obtuvimos un resultado del 60%. Y el 10% de la muestra pasó por un tamiz de 50 μm.

La segunda etapa consiste en mezclar polvo de carbón con agua y un plastificante

En la segunda etapa del experimento, bajo las mismas condiciones iniciales, se llevó a cabo la molienda del carbón “húmeda” para obtener combustible de carbón y agua. Se comprobó la estabilidad del combustible obtenido durante cinco días, tras lo cual la estratificación de agua y carbón fue insignificante. Esto nos permite concluir que en el caso de utilizar un aparato de la capa vórtex, la adición de químicos para la estabilidad de la mezcla no es necesaria, solo es suficiente recircular periódicamente el combustible en los tanques de almacenamiento.   

Después de secar la muestra, se volvieron a utilizar tamices de laboratorio y se obtuvieron resultados que confirman la mayor eficiencia de la molienda del carbón «húmeda»:

• tamiz 316 micrones – 98%;
• tamiz 160 micrones – 86%;
• tamiz 50 micrones – 35%.  

Al final del experimento, se investigaron las características de combustión del combustible de carbón y agua obtenido y se obtuvieron los siguientes resultados:

• temperatura de ignición – 750 ° С;
• temperatura de combustión – 1000 ° С;
• poder calorífico – 4200 kcal;
• grado de combustión de carbono – más del 99%.

Esquema tecnológico para la producción de combustible de carbón y agua basado en el aparato de la capa vórtex

El esquema de producción de combustible de carbón y agua basado en el aparato de la capa vórtex AVS-150 se muestra en la Figura 2.

Figura 2 – Esquema de producción de combustible de carbón y agua basado en el aparato de la capa vórtex AVS-150

Como puede verse en la figura, la productividad de la línea tecnológica en el caudal es de 5 m3 / h, y el consumo energético de un aparato de la capa vórtex AVS-150 es de 10 kW, es decir, el consumo energético específico molino electromagnético será de solo 2 kWh / m3, que es decenas de veces menos que los molinos de bolas y barras.

Comparando la Figura 1 y la Figura 2, se puede observar que el esquema tecnológico se ha vuelto mucho más simple debido al hecho de que el aparato de la capa vórtex proporciona no solo la trituración del carbón, sino también la mezcla de componentes. Estos procesos tienen lugar simultáneamente en el flujo, por lo que no se requiere el uso de mezcladores, agitadores e hidrociclones. Así, la introducción de AVS permite hacer que las líneas tecnológicas para la producción de combustible de carbón y agua sean más eficientes y compactas energéticamente, así como menos intensivas en material.

Ventajas de los aparatos de la capa vórtex para los procesos de molienda del carbón

1. Versatilidad. Los aparatos de la capa vórtex se pueden utilizar para trituración del carbón, combustión del carbón y biomasa, producción de polvo de carbón y combustible de carbón y agua;
2. Compacidad. El propio aparato de la capa vórtex tiene dimensiones compactas y además reemplaza molinos y mezcladores de gran tamaño;
3. Eficiencia energética. El consumo energético específico de AVS es de solo 2 kWh / m3. Este indicador es varias veces y decenas de veces menor que el de otros molinos del carbón. 
4. Operación silenciosa. El aparato de la capa vórtex elimina los ruidosos molinos de bolas y funciona en silencio. 

Si está interesado en esta tecnología para molienda del carbón y producción de combustible de carbón y agua, contáctenos en uno de los contactos publicados en la sección correspondiente del sitio y le brindaremos información adicional.