Metody preparacji mieszanek węglowych i ich wpływ na gęstość wsadu w systemie zasypowym

136 ANDRZEJ CZAPLICKI, MARCIN JANUSZ *), MONIKA KOSEWSKA, KRYSTYNA WRÓBELSKA, Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze Metody preparacji mieszanek węglowych i ich wpływ na gęstość wsadu w systemie zasypowym Coal blend preparation methods and their influence on coal charge density in top charging system Artykuł recenzował Henryk Zieliński Słowa kluczowe: wsad do koksowania, metody preparacji wsadu, gęstość wsadu Keywords: coal charge, charge preparation methods, charge density Wprowadzenie Wyprodukowanie koksu metalurgicznego o jakości oczekiwanej przez jego odbiorców uwarunkowane jest dostępnością odpowiedniej ilości i jakości węgli koksowych, technologią ich przygotowania do koksowania oraz dyspozycyjnym potencjałem produkcyjnym koksowni. Sytuacja niedoboru podaży wysokojakościowych węgli koksowych ogranicza lub nawet uniemożliwia wyprodukowanie wysokojakościowego koksu z mieszanek zawierających mniejszy od wymaganego udział odpowiedniej jakości komponentów węglowych. Rozszerzenie krajowej bazy surowcowej koksownictwa poprzez wykorzystanie mniej wartościowych węgli do produkcji koksu wysokiej jakości, można osiągnąć w efekcie wdrożenia korzystnych zmian w technologii przygotowania wsadu do koksowania. Prace związane z doskonaleniem technik przygotowania węgla wsadowego do koksowania prowadzone były od wielu lat, zarówno w Polsce jak i na świecie [1, 2]. Wiele z nich dotyczyło osiągnięcia poprawy jakości produkowanego koksu w efekcie stosowania technologii zwiększających gęstość wsadu węglowego. Stopień zagęszczenia wsadu jest bardzo ważnym parametrem, który istotnie wpływa na jakość koksu. Fakt ten znany jest z literatury i znajduje potwierdzenie w praktyce przemysłowej [3]. W efekcie zwiększenia gęstości wsadu następuje lepsze wykorzystanie właściwości plastycznych węgla, zwiększa się ciśnienie rozprężania i przewodnictwo cieplne, a zmniejsza się kontrakcja objętości koksowanego wsadu. Koks otrzymany w wyniku koksowania wsadów o wyższej gęstości charakteryzuje się: niższą wartością wskaźnika ścieralności M 10, niższą wartością wskaźnika szczelinowatości, określaną jako suma wartości (M 40 + M 10 ), wyższą wartością wskaźnika wytrzymałości poreakcyjnej CSR, mniejszą porowatością, przy jednocześnie zwiększonej równomierności struktury porów wzdłuż kawałków koksu, większym uzyskiem koksu grubego. Zagęszczanie wsadu węglowego prowadzi także do zwiększenia wydajności pieców koksowniczych. W przypadku wsadu kierowanego do baterii koksowniczych z zasypowym systemem obsadzania komór istnieją realne możliwości włączenia do technologii jego przygotowania technik prowadzących do zwiększenia gęstości nasypowej. W artykule przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych dotyczących zagęszczania wsadu węglowego, wykonanych w ramach projektu POIG.01.01.02-24-017/08 pt.: Inteligentna koksownia spełniająca wymagania najlepszej dostępnej techniki. Celem badań było określenie wpływu różnych metod przygotowania wsadu węglowego, dla zasypowego systemu obsadzania komór, na jego gęstość nasypową. Przedmiotem badań były mieszanki węglowe skomponowane z krajowych węgli koksujących i stosowane w polskich zakładach koksowniczych do produkcji koksu wielkopiecowego. Metody przygotowania mieszanek węglowych do koksowania Do metod preparacji prowadzących do zwiększenia gęstości wsadu należą: racjonalizacja uziarnienia, podgrzewanie i podsuszanie, olejowanie wsadu, częściowe brykietowanie wsadu, ekstruderowanie. *) Autor do korespondencji: Mgr inż. Marcin Janusz Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, ul. Zamkowa 1, 41-803 Zabrze, tel.: 32-271 00 41 e-mail: mjanusz@ichpw.zabrze.pl

Nr 3 karbo '2011 137 Wiedza nagromadzona w zakresie tej tematyki jest olbrzymia, wymaga jednak uporządkowania i analizy w aspekcie jej wykorzystania do wprowadzenia zmian w technologii przygotowania węgla wsadowego w krajowych koksowniach i z zastosowaniem krajowej bazy węgli koksowych. Znaczący przyrost gęstości nasypowej wsadu można osiągnąć na drodze odpowiedniego, kontrolowanego doboru uziarnienia węgli i mieszanek wsadowych. Aktualnie zagadnienia związane z doborem przemiału węgla nabrały szczególnego znaczenia, z uwagi na występującą niekorzystną tendencję wzrostu zawartości drobnych (< 0,5 mm) klas ziarnowych w węglach dostarczanych do koksowni. Istnieją dwa podstawowe sposoby rozdrabniania: rozdrabnianie mieszanki wsadowej i oddzielne rozdrabnianie poszczególnych komponentów mieszanki. Obecnie preferuje się przemiał zróżnicowany, polegający na indywidualnym doborze przemiału poszczególnych komponentów oraz przemiał selektywny, w którym nie rozdrabnia się drobnych frakcji ziarnowych, co zapobiega tworzeniu się nadmiernej ilości frakcji pyłowej [4]. W Rosji opracowano sposób przygotowania mieszanek węglowych, w którym obok selektywnego przemiału zastosowano także pneumatyczną separację, umożliwiającą także rozdział ziaren według ich gęstości [5]. Technologię tę w 2004 roku wdrożono w Chinach [6]. Kolejnym rozwiązaniem prowadzącym do zagęszczenia wsadu jest termiczna obróbka węgla wsadowego. Polega ona na podsuszeniu i podgrzaniu wsadu do temperatury poniżej stanu plastycznego. W Europie opracowano i w skali przemysłowej wdrożono trzy metody suszenia i podgrzewania wsadu węglowego [7]: francusko-amerykańską COALTEK, brytyjską BCRA oraz niemiecką PRECARBON. W Polsce, w oparciu o prace badawcze IChPW, w 1978 roku w Zdzieszowicach została uruchomiona doświadczalna instalacja do fluidalnego podsuszania i podgrzewania wsadu węglowego o wydajności 17 ton suchego węgla na godzinę [8-11]. Poważne problemy technologiczne towarzyszące eksploatacji baterii napełnianych wsadem podgrzanym [12], ograniczyły stosowanie tej technologii na rzecz jej łagodniejszej wersji, w której wsad podsuszany jest do zawartości wilgoci całkowitej około 5 %. Krajem, w którym od wielu lat notuje się największy postęp w przemysłowym wdrożeniu technologii podsuszania wsadu jest Japonia. W Nippon Steel Corporation opracowano technologię Coal Moisture Control Process CMC, której już trzy generacje zostały wdrożone do procesu przygotowania mieszanek wsadowych w japońskich koksowniach [13]. Wszystkie osiągnęły dobre wyniki w oszczędności energii, poprawie jakości wytwarzanego koksu i wzroście produktywności baterii koksowniczych. W Nippon Steel Corporation opracowano także technologię suchego wzbogacania i aglomeracji (DAPS Dry-Cleaned and Agglomerated Precompaction System), pozwalającą na obniżenie zawartości wilgoci do 2 % w węglu koksowanym w konwencjonalnych bateriach. Pozytywne efekty wdrożenia procesów CMC i DAPS w koksowniach japońskich skutkowały opracowaniem programu SCOPE 21, zawierającego wytyczne technologiczno-techniczne dla zakładu koksowniczego XXI wieku [14]. Pierwszą przemysłową instalację produkcji koksu według technologii SCOPE -21 uruchomiono w Japonii w zakładzie Oita w maju 2008 roku [15]. Z danych literaturowych wynika, że podsuszanie wsadu o każdy 1 % wilgoci skutkuje wzrostem jego gęstości nasypowej o 2,5 3,2 % [16]. Korzystnym rozwiązaniem z punktu widzenia zagęszczania wsadu węglowego jest połączenie technologii: selektywnego rozdrabniania i podsuszania (technologia SRS) [17], której stosowanie zapewnia wysoką efektywność zagęszczania wsadu, przy jednoczesnym obniżeniu nakładów inwestycyjnych i zużyciu energii. W technologii koksowniczej najprostszym sposobem zagęszczania wsadu węglowego jest tzw. olejowanie węgla wsadowego, polegające na wprowadzeniu do wsadu dodatku różnego rodzaju cieczy organicznych, zarówno pochodzenia węglowego, jak i petrochemicznego [18, 19]. Dodatki, ze względu na stosowaną ilość, dzielą się na: mikrododatki, których ilość w węglu wsadowym nie przekracza 1 %, makrododatki, które są dozowane w ilości do 10 %. W operacji olejowania węgla wsadowego stosuje się mikrododatki olejów najczęściej w ilości 0,5 1,0 %. Typowymi cieczami stosowanymi do olejowania wsadu są oleje pochodzenia petrochemicznego i smołowego. Jako dodatki wprowadzane są także kompozycje wodno-olejowe (emulsje) przygotowane na bazie smoły lub odpadowych produktów koksowania. Większe efekty zagęszczania osiąga się na drodze mechanicznej obróbki węgla wsadowego przed jego załadunkiem do komór koksowniczych. W praktyce przemysłowej stosuje się brykietowanie części mieszanki wsadowej. Proces brykietowania (lub granulacji) prowadzi się najczęściej z zastosowaniem dodatku substancji wiążących. Jako substancji wiążących używa się produktów pochodzenia petrochemicznego (ciężkie frakcje ropy naftowej, asfalty podestylacyjne) i koksowniczego (paki, smołę i smołowe produkty odpadowe). Substancje te, dodawane w ilości 4 8 %, spełniają rolę lepiszcza zapewniającego dobrą wytrzymałość wytwarzanych brykietów, a także nie pozostają obojętne w stosunku do substancji węglowej. W warunkach silnego sprasowania z ziarnami węgla, następuje proces wzajemnego rozpuszczania składników brykietu. Lepiszcza charakteryzujące się dobrymi właściwościami koksotwórczymi są czynnikiem termobitumenotwórczym, poprawiającym warunki spiekania brykietowanych węgli o gorszych właściwościach koksotwórczych. Możliwe jest również brykietowanie bezlepiszczowe. Tak otrzymane brykiety mają mniejszą wytrzymałość mechaniczną, wykazują tendencję do rozkruszania, co pozwala na zwiększenie ich udziału we wsadzie. Proces brykietowania można realizować z wykorzystaniem różnych rozwiązań aparaturowych, jak: prasy walcowe, stęporowe czy tłokowe. W praktyce przemysłowej stosowana jest wyłącznie metoda brykietowania części mieszanki wsadowej. Możliwe są następujące dwa warianty realizacji procesu [20]: stosowaną mieszankę węglową dzieli się na dwie części, jedną z nich poddaje się brykietowaniu i otrzymane brykiety łączy z pozostałą częścią mieszanki,

138 przygotowuje się dwie różne mieszanki węglowe, jedną z nich w całości poddaje się brykietowaniu i następnie dodaje do drugiej nie brykietowanej, uzyskując w ten sposób finalną mieszankę wsadową. Technologia częściowego brykietowania wsadu węglowego znalazła zastosowanie w japońskim przemyśle koksowniczym, a także w Korei i Chinach [20], a w przedziale lat 1980-2000 także w Rosji [21]. Aktualnie prace nad wdrożeniem tej technologii prowadzone są na Ukrainie [22]. Prace badawcze zmierzające do opracowania technologii przygotowania wsadu z wykorzystaniem metody brykietowania prowadzono również w Polsce. Efektem prac realizowanych w IChPW, Politechnice Śląskiej i Zakładach Koksowniczych im. Powstańców Śląskich były założenia do technologii częściowego brykietowania wsadu, dla warunków krajowego koksownictwa [20, 23, 24]. W opracowanej technologii, jako lepiszcze do produkcji brykietów zastosowano smołę węglową wytwarzaną na miejscu w koksowni. W odróżnieniu od rozwiązań stosowanych w koksownictwie światowym (Japonia), a także w konwencjonalnej technologii produkcji brykietów opałowych, operacje mieszania węgla z lepiszczem oraz brykietowania prowadzono na zimno, bez konieczności podgrzewania węgla i lepiszcza [25]. Część eksperymentalna W badaniach wpływu różnych technologii przygotowania wsadu na jego gęstość wykorzystano mieszanki wsadowe stosowane w krajowych koksowniach do produkcji koksu wielkopiecowego, modyfikowane przez zastosowanie różnych technik zagęszczania. W eksperymentach, prowadzonych w systemie wsadu zasypowego, stosowano następujące techniki: podsuszanie, preparację emulsją smołowo-wodną, dobór uziarnienia, wibracyjne zagęszczanie oraz granulowanie wsadu po preparacji emulsją smołowo-wodną. Oprócz wymienionych operacji przetestowano również efektywność zagęszczania węgla wsadowego, stosując sprzężenie dwóch i trzech technik przygotowania wsadu, a mianowicie: podsuszanie i częściowe brykietowanie mieszanki, podsuszanie, preparacja emulsją smołowo-wodną i wibracyjne zagęszczanie. Pomiary gęstości nasypowej wsadu węglowego prowadzono za pomocą urządzenia, którego schemat przedstawiono na rysunku 1. Wynikiem oznaczania była średnia arytmetyczna dwóch pomiarów gęstości wykonanych dla tej samej próbki węgla. Wszystkie wyniki pomiarów gęstości przytaczane w tablicach zostały przeliczone na stan suchy. Podsuszanie wsadu węglowego Dla określenia wpływu operacji podsuszania wsadu węglowego na jego gęstość nasypową wykonano pomiary gęstości dla mieszanki węglowej o różnej zawartości wilgoci całkowitej: 10,9, 8,1, 6,3 i 4,4 %. Mieszanka charakteryzowała się 88,5 % udziałem ziaren > 3,15 mm oraz 52,6 % zawartością frakcji pyłowej (< 0,5 mm). 1 2 4 3 5 Rys. 1. Schemat urządzenia do pomiaru gęstości nasypowej węgla 1 zbiornik cylindryczny, 2 zasuwa, 3 cylindryczny zbiornik pomiarowy, 4 statyw, 5 taca metalowa Fig. 1. Scheme of bulk density measurement device 1 cylindrical container, 2 valve, 3 cylindrical measurement vessel, 4 tripod, 5 metal tray

Nr 3 karbo '2011 139 Wartości zmierzonych gęstości nasypowych prezentuje rysunek 2. Gęstość nasypowa węgla wsadowego rośnie wraz ze wzrostem stopnia jego podsuszenia. Biorąc pod uwagę fakt, że gęstość nasypowa wsadu i jej przyrost w efekcie ubytku wilgoci we wsadzie w znacznym stopniu są zależne od uziarnienia węgla, przeprowadzono pomiary gęstości nasypowych wsadów o różnej zawartości klasy ziarnowej < 3 mm i przy zawartości wilgoci 10 i 4 %. Wyniki pomiarów przytoczono w tablicy 1. Badania wykazały, że przy zwiększającej się zawartości ziarna < 3 mm gęstość nasypowa wsadu maleje, a przyrosty gęstości wsadu podsuszonego rosną. W przedziale wilgotności 4 10 %, wzrost gęstości nasypowej wahał się w przedziale 5,2 44,3 kg/m 3, w zależności od składu ziarnowego węgla. Stanowiło to przyrost gęstości odpowiednio o 0,6 6,1 %. Największy 10 % przyrost gęstości nasypowej stwierdzono dla mieszanki wsadowej o zawartości klasy ziarnowej < 3 mm 88,5 % i wysokiej 52,6 % zawartości ziaren < 0,5 mm. Wynika stąd, że skuteczność zagęszczania wsadu węglowego w efekcie jego podsuszania rośnie wraz ze wzrostem zawartości klasy ziarnowej < 3 mm i < 0,5 mm. Jest to szczególnie istotne z punktu widzenia coraz wyższej zawartości ziaren < 0,5 mm w węglach dostarczanych do koksowni. Preparacja węgla wsadowego emulsją smołowo-wodną Podstawą oceny wpływu preparacji mieszanki wsadowej emulsją smołowo-wodną na jej gęstość nasypową były wyniki pomiarów wykonanych dla wsadów bez i z dodatkiem emulsji. Preparowana mieszanka posiadała uziarnienie identyczne jak mieszanka stosowana w testach podsuszania. Emulsję smołowo-wodną przygotowano na bazie koksowniczej smoły produkcyjnej i surowej wody amoniakalnej. Do wytworzenia emulsji zastosowano wysokoobrotowy homogenizator laboratoryjny. Smołę i wodę amoniakalną emulgowano w stosunku wagowym 1:1. Wyniki pomiarów gęstości nasypowej przedstawiono na rysunku 3. 780 770 Gęstość nasypowa, kg/m 3 760 750 740 730 720 710 700 4 5 6 7 8 9 10 11 Wilgotność wsadu węglowego w stanie roboczym, W tr, % Rys. 2. Zależność gęstości wsadu od jej wilgotności w stanie roboczym Fig. 2. Changes of coal charge bulk density with respect to various moisture content Wpływ uziarnienia węgla na przyrost gęstości nasypowej wsadów podsuszonych Influence of coal grain size distribution on density of pre-dried blend T a b l i c a 1 T a b l e 1 Uziarnienie, % Średni rozmiar Gęstość nasypowa, kg/m 3 Przyrost gęstości ziarna*, < 3 mm < 0,5 mm mm W r t = 10 % W r t =4 % kg/m 3 % * średnia ważona * weight-average 88,9 39,2 1,33 728,0 772,3 44,3 6,1 83,4 36,7 1,71 750,9 786,2 35,3 4,7 80,8 37,0 1,92 758,8 792,6 33,8 4,4 76,0 33,0 2,21 756,2 781,3 25,1 3,3 74,9 32,8 2,32 773,1 783,1 10,0 1,3 69,7 40,7 2,43 772,7 783,7 11,0 1,4 51,3 26,9 3,69 802,8 808,0 5,2 0,6

140 728 726 Gęstość nasypowa, kg/m 3 724 722 720 718 716 714 712 710 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 Zawartość emulsji smołowo-wodnej, % Rys. 3. Wpływ zawartości emulsji smołowo-wodnej na gęstość nasypową wsadów węglowych Fig. 3. Changes of coal charge bulk density with respect to various water-coal tar emulsion content Jak wynika z danych zawartych na tym rysunku, wprowadzona do mieszanki emulsja smołowo-wodna nie miała istotnego wpływu na gęstość nasypową wsadu, jedynie nieznaczny jej wzrost odnotowano przy 2 i 3 % dodatku emulsji. Należy jednak zaznaczyć, że oddziaływanie emulsji nie ogranicza się do wpływu na gęstość nasypową mieszanki wsadowej, lecz poprawia również jej właściwości koksotwórcze. Dobór uziarnienia węgla wsadowego Obiektem badań było 21 próbek węgla o różnym składzie ziarnowym. Próbki komponowano z rozsianych klas ziarnowych poszczególnych komponentów mieszanki bazowej, łącząc je w stosunku ilościowym, podanym w tablicy 2, w której umieszczono również wyniki pomiarów ich gęstości Skład ziarnowy i gęstości nasypowe próbek węgla Grain size distribution and bulk density of various coal samples T a b l i c a 2 T a b l e 2 Nr próbki Zawartość klasy ziarnowej, % > 5 mm 5-3 mm 3-1 mm 1-0,5 mm < 0,5 mm Średni* rozmiar ziarna, mm Gęstość nasypowa, kg/m 3 1 15,3 8,7 25,0 18,1 33,0 2,21 756,2 2 1,7 9,4 28,6 21,1 39,2 1,33 728,0 3 2,7 9,8 29,2 20,9 37,4 1,43 716,8 4 12,4 7,9 25,7 18,8 35,1 1,99 748,3 5 10,3 7,1 24,4 19,1 39,1 1,79 758,6 6 10,0 8,9 26,3 19,1 35,7 1,86 758,7 7 7,5 9,1 27,1 19,6 36,7 1,71 750,9 8 14,0 8,7 25,2 18,1 33,9 2,12 754,7 9 15,5 6,6 23,0 18,2 36,8 2,11 771,2 10 17,6 7,5 24,3 17,9 32,8 2,32 773,1 11 11,8 7,4 25,8 18,0 37,0 1,92 758,8 12 11,9 7,1 25,6 20,1 35,3 1,93 748,6 13 10,9 6,5 23,8 22,5 36,3 1,81 753,2 14 12,8 6,8 23,8 16,7 39,9 1,93 753,9 15 25,0 15,0 23,0 17,0 20,0 3,11 801,9 16 36,5 12,2 16,8 7,6 26,9 3,69 802,8 17 56,7 14,5 11,5 5,4 11,9 5,13 765,6 18 18,8 11,5 19,6 9,4 40,7 2,43 772,7 19 29,2 15,9 23,2 9,3 22,4 3,42 783,0 20 37,7 17,6 21,8 7,2 15,7 4,06 786,4 21 53,8 19,0 14,8 4,0 8,4 5,14 758,0 * średnia ważona * weight-average

Nr 3 karbo '2011 141 nasypowych. Maksymalny rozmiar ziarna mieszanek był mniejszy niż 10 mm, a zawartość wilgoci całkowitej utrzymywana była na poziomie 10 %. Dla celów badawczych stosowano także próbki węgla o uziarnieniu znacznie odbiegającym od możliwego do uzyskania w skali przemysłowej. Największe wartości gęstości nasypowej uzyskano dla próbek nr 15 i 16, cechujących się średnim rozmiarem ziarna odpowiednio 3,11 mm i 3,69 mm. Zwiększenie średniego rozmiaru ziaren do > 4 mm, skutkowało znacznym obniżeniem gęstości nasypowej (próbki nr 17, 21). Należy nadmienić, że najwyższe gęstości nasypowe osiągnięto dla wsadów o uziarnieniu niemożliwym do stosowania w klasycznym procesie koksowania, tj. o przemiale < 3 mm wynoszącym 60 % (próbka 15) i 51,3 % (próbka 16), przy zawartości klasy ziarnowej < 0,5 mm wynoszącej odpowiednio 20,0 i 26,9 %. Przy przemiałach zbliżonych do mieszanek stosowanych w krajowych koksowniach do obsadzania komór pracujących w systemie zasypowym (75 83 % < 3 mm), gęstości nasypowe mieściły się w przedziale 748 771 kg/m 3, a średni rozmiar ziaren tych mieszanek, jak zaznaczono na rysunku 4, mieścił się w przedziale 1,71 2,21 mm. Należy zauważyć, że mieszanki te charakteryzowały się znacznie mniejszą zawartością klasy ziarnowej < 0,5 mm (35 39 %) w odniesieniu do mieszanek przemysłowych (ok. 50 %). Porównując gęstości nasypowe wilgotnych (W t r = 10 %) mieszanek o zbliżonym przemiale, różniących się jednak zawartością klasy ziarnowej < 0,5 mm (mieszanka z rys. 2 i próbka 2 z tabl. 2), można stwierdzić, że w efekcie obniżenia zawartości ziaren < 0,5 mm o 13,4 %, gęstość nasypowa wsadu wzrosła o 23 kg/m 3, co stanowi wzrost o 3,3 %. Tak więc ograniczenie zawartości tej klasy ziarnowej we wsadzie skutkować będzie wzrostem jego gęstości nasypowej. Wibracyjne zagęszczanie i granulowanie Brykietowanie węgla wsadowego jest jednym z efektywnych sposobów zwiększania jego gęstości nasypowej. Efekt podobny do brykietowania osiąga się przez zbrylanie drobnych klas ziarnowych węgla na zagęszczaczu wibracyjnym lub talerzu grudkującym. Rozmiar otrzymanych granul zależy: w przypadku zagęszczania wibracyjnego od amplitudy i częstotliwości drgań, natomiast przy stosowaniu granulatora talerzowego od kąta nachylenia talerza, rodzaju lepiszcza i czasu granulowania. W przeprowadzonych badaniach jako środek ułatwiający zbrylanie się drobnych cząstek węgla stosowano emulsję smołowo-wodną (1:1) w ilości odpowiadającej 3 % wsadu. Pomiary gęstości nasypowych wykonano dla tej samej mieszanki skomponowanej z krajowych węgli koksujących i stosowanej w polskich zakładach koksowniczych do produkcji koksu wielkopiecowego. Dla obu metod zagęszczania odnotowano przyrost gęstości nasypowej w stosunku do wsadu nie poddanego zagęszczaniu. Przyrost ten dla mieszanki zagęszczonej wibracyjnie wynosił 51,1 kg/m 3, natomiast w przypadku zagęszczania talerzowego było to 45 kg/m 3 (tabl. 3). Podsuszanie i brykietowanie W tym wariancie technologicznym przygotowania wsadu węglowego do procesu koksowania, mieszankę węglową podsuszono do zawartości wilgoci całkowitej około 6 %. Część mieszanki poddano brykietowaniu w prasie walcowej, stosując jako lepiszcze smołę koksowniczą w ilości 10 %, brykiety kruszono do uziarnienia < 15 mm i następnie wprowadzano w różnych udziałach masowych do podsuszonej mieszanki. średni rozmiar ziarna mieszanek stosowanych w krajowych koksowniach 810 800 790 Gęstość nasypowa, kg/m 3 780 770 760 750 740 730 720 710 0 1 2 3 4 5 6 Średni rozmiar ziarna*, mm * średnia ważona * weight-average Rys. 4. Gęstość nasypowa wsadów w stanie roboczym (W r t =10 %) jako funkcja średniego rozmiaru ziarna mieszanki Fig. 4. Changes of coal charge bulk density (W r t =10 %) with respect to various weight-average grain size

142 T a b l i c a 3 Wpływ zagęszczania wibracyjnego i grudkowania talerzowego na gęstość nasypową wsadu węglowego Metoda zagęszczania Influence of vibration thickening and plate pelletizing on bulk density of coal charge Gęstość nasypowa, kg/m 3 Przyrost gęstości nasypowej przed zagęszczaniem po zagęszczaniu kg/m 3 % Zagęszczanie wibracyjne 783,7 51,1 7,0 732,6 Grudkowanie talerzowe 777,6 45,0 6,1 T a b l e 3 Dla mieszanek skomponowanych z rozdrobnionych brykietów i podsuszonej mieszanki węglowej wykonano pomiary gęstości nasypowych, które prezentuje tablica 4. Spośród wsadów węglowych przygotowanych na bazie podsuszonej mieszanki i brykietów z podsuszonej mieszanki, największy przyrost gęstości nasypowej (73 kg/m 3 ) uzyskano dla mieszanki zawierającej 30 % brykietów. Przy dalszym wzrastającym udziale brykietów, efekt zagęszczenia stopniowo się obniża. Podsuszanie, preparacja emulsją smołowo-wodną i wibracyjne zagęszczanie W procesie przygotowania wsadu węglowego do koksowania zastosowano następujące operacje technologiczne: podsuszenie mieszanki węglowej do zawartości wilgoci całkowitej około 6 %, podsuszoną mieszankę preparowano emulsją smołowo-wodną w ilości 3 % wsadu, mieszankę z dodatkiem emulsji zagęszczano wibracyjnie dla trzech wartości częstotliwości drgań wibratora. Wyniki pomiarów gęstości nasypowych zamieszczono w tablicy 5. Największy przyrost gęstości nasypowej (68 kg/m 3 ), jako sumaryczny efekt kolejnych operacji wykonanych na mieszance wsadowej: podsuszania, preparacji emulsją smołowo-wodną i wibracyjnego zagęszczania, odnotowano dla wsadu węglowego po wibracyjnym zagęszczeniu przy częstotliwości drgań wibratora 13,4 Hz. Dla wsadów zagęszczonych przy częstotliwości drgań wibratora 9,6 i 19,2 Hz, przyrost gęstości był podobny. Podsumowanie Badania przeprowadzone w ramach projektu POIG.01.01.02-24-017/08 pt.: Inteligentna koksownia spełniająca wymagania najlepszej dostępnej techniki, pozwoliły na określenie wpływu różnych metod preparacji wsadu, jak również ich sprzężenia w różnych kombinacjach, na gęstość koksowanego wsadu. Przedmiotem badań była mieszanka sporządzona z krajowych węgli koksowych. Stosowano następujące techniki modyfikacji wsadu: racjonalizację uziarnienia, podsuszanie, preparację emulsją smołowo-wodną oraz mechaniczne metody zagęszczania: granulowanie, brykietowanie, wibracyjne zagęszczanie. Stwierdzono, że każda z wymienionych metod preparacji wsadu węglowego prowadziła do wzrostu jego gęstości. Efektywność zagęszczania wsadu zasypowego z zastosowaniem poszczególnych technik oraz ich kombinacji obrazuje rysunek 5. Jak widać z rysunku, największy 9 10 % wzrost gęstości nasypowej osiągnięto w efekcie sprzężenia kilku technik preparacji wsadu, natomiast najmniejszy bo tylko 2 % przyrost uzyskano dla wsadów preparowanych emulsją smołowo-wodną. Należy jednak zaznaczyć, że oddziaływanie emulsji nie ogranicza się do wpływu na gęstość nasypową mieszanki wsadowej, lecz poprawia również jej właściwości koksotwórcze. Przyrost gęstości nasypowej podsuszonego wsadu jest w znacznym stopniu uzależniony od jego składu ziarnowego, a w szczególności od zawartości klasy ziarnowej < 0,5 mm. W przypadku wysokiej ponad 50 % jej zawartości, na skutek podsuszenia wsadu do zawartości wilgoci całkowitej 4,4 %, odnotowano również 10 % wzrost gęstości nasypowej (rys. 2). Zastosowanie pozostałych technik zagęszczania skutkowało podobnym, około 6 % wzrostem gęstości nasypowej wsadu. T a b l i c a 4 Wpływ podsuszania i częściowego brykietowania wsadu na jego gęstość nasypową Pre-drying and partial briquetting of coal charge influence on its bulk density Sposób przygotowania mieszanki Gęstość nasypowa Przyrost gęstości nasypowej kg/m 3 kg/m 3 % Mieszanka wilgotna 736 - - T a b l e 4 Mieszanka podsuszona 774 38 5,2 70% mieszanka podsuszona + 30% brykiety 809 73 9,9 50% mieszanka podsuszona + 50% brykiety 796 60 8,1 30% mieszanka podsuszona + 70% brykiety 792 56 7,6

Nr 3 karbo '2011 143 T a b l i c a 5 Wpływ podsuszania, preparacji emulsją smołowo-wodną oraz zagęszczania wibracyjnego wsadu na jego gęstość nasypową T a b l e 5 Pre-drying, oiling with water-coal tar emulsion and vibration thickening of coal charge influence on its bulk density Sposób przygotowania mieszanki Gęstość nasypowa, kg/m 3 Przyrost gęstości nasypowej kg/m 3 % Mieszanka wilgotna 736 - - Mieszanka podsuszona 774 38 5,2 Mieszanka podsuszona + emulsja smołowo-wodna 781 45 6,1 Mieszanka preparowana emulsją + wibracyjne zagęszczanie 9,6 Hz 13,4 Hz 19,2 Hz 790 804 788 54 68 52 7,3 9,3 7,0 12 Przyrost gęstości nasypowej, % 10 8 6 4 2 0 Podsuszanie* Preparacja emulsją smołowo-wodną Optymalizacja uziarnienia Zagęszczanie wibracyjne Grudkowanie talerzowe Podsuszanie i częściowe brykietowanie Podsuszanie, preparacja emulsją smołowo-wodną i zagęszczanie wibracyjne * - średnia wartość przyrostu gęstości podsuszonych próbek węgla o różnym składzie ziarnowym * - average value of bulk density increment for pre-dried coal samples with various grain size distribution Rys. 5. Wpływ metod preparacji mieszanki węglowej na przyrost gęstości nasypowej wsadu w systemie zasypowym Fig. 5. Coal blend bulk density increment as a results of various coal charge preparation methods Korzyści z włączenia do technologii przygotowania wsadu różnych technik jego preparacji wynikają nie tylko z osiągniętej wyższej gęstości wsadu. Efekty wprowadzonych zmian w technologii przygotowania wsadu mogą się także przejawiać zmianami właściwości węgla wsadowego lub mieć wpływ na przebieg procesu koksowania, a tym samym na jakość produkowanego koksu. Prezentacja metod preparacji mieszanek węglowych i ich wpływ na gęstość wsadu w systemie ubijanym oraz wyniki badań dotyczących wpływu różnych technik preparacji węgla wsadowego na jakość koksu przedstawione zostaną w odrębnych publikacjach. Literatura 1. Karcz A., Koksownictwo. Wydawnictwo AGH, Kraków 1995. 2. Praca zbiorowa, Koksownictwo, Wydawnictwo Śląsk, Katowice 1986. 3. Zołotuchin Ju. A., Andrejczikov N. S., Kukolev Ja. B., Trebovanija k kačestvu koksa dlja domennych pečej, rabotajuščich s različnym udelnym raschodom pyleugolnogo topliva. Koks i Chimija, 2009, nr 3, s. 25. 4. Erasmus H., Selective Crushing and Blending Methodology and Operational Experiences. 4 th European Coke and Ironmaking Congress Proceedings, Paris, 2000, s. 82. 5. Eremin A.Ja., Kukolev Ja.B., Giljazetdinov R.R., Machortova Ł.A., Stepanov Ju.V., Carev N.V., Effektivnost technologii izbiratelnogo izmelčenija s pnevmoseparaciej v suščestvujuszczich uslovijach raboty 3-go bloka uglepodgotovitelnogo cecha NTMK. 1. Kačestvo koncentratov. Koks i Chimija, 2008, nr 7, s. 7. 6. Posochov M. Ju., Suchorukov V. I., Czen Kaj, Pervaja ustanovka izbiratelnogo izmelčenija uglej s pnevmoseparaciej v Kitae. Koks i Chimija, 2006, nr 7, s. 5. 7. Dartnell J., The preheating of coal for coke making. IISI Committee on Technology IISI. Brussels, June 1980, t. 1, s. 69. 8. Pater W. J., Zieliński H., Łojek M., Kaczmarzyk G., Koksowanie wstępnie podgrzanych węgli w Wielkiej Brytanii. Koks, Smoła, Gaz, 1976, nr 1, s. 1.

144 9. Ulatowski R., Łojek M., Kaziszyn I., Krause W., Opracowanie technologii podsuszania i podgrzewania wsadu węglowego. Prace IChPW 1.2.2/2, 1977. 10. Zieliński H., Łojek M., i inni, Opracowanie technologii podsuszania i podgrzewania wsadu węglowego. Prace IChPW 1.2.3/1978. 11. Zieliński H., Jastrzębski J., i inni, Opracowanie technologii podsuszania i podgrzewania wsadu węglowego. Prace IChPW 1.2.3/1979. 12. Nomura S., Arima T., Kato K., Coal blending for dry coal charging process. Fuel, 2004, t. 83, s. 1771. 13. Nakashima K., Development of Techniques for Charging Dry Coal into Conventional Coke Ovens. 2-nd International Cokemaking Congress, London, 1992, t. 2, s. 518. 14. Sugiyama I., Kato K., Fujikawa H., Nishioka K., Oshima H., Development of Innovative Cokemaking Process (SCOPE 21). Proc. 5 th European Coke and Ironmaking Congress, Stockholm, Sweden, 2005, v. 2, we 6:4. 15. Matsueda K., Japan coke demand and supply and new technology for coke equipment SCOPE 21, 4 th China International Coking Technology and Coke Market Congress 2006, Beijing, P.R. China, s. 116. 16. Uchmylova G.S., Razvitie processa regulirovanija vlasnosti ugol noj šichty. Koks i Chimija, 1991, nr 8, s. 48. 17. Griaznov N. S., Łazovskij I. M., Suchorukov V. I., Beljaev E. V., Smeljanskij A. Z., Opracowanie i wdrożenie nowej technologii przygotowanie do koksowania mieszanek węglowych z zastosowaniem pneumatycznej separacji i selektywnego przemiału. Koks, Smoła, Gaz, 1978, nr 2, s. 33. 18. Kerkkonen O., Oil addition to the coal blend at the Ruukki coking plant. 5-th European Coke and Ironmaking Congress, 2005, Stockholm, Sweden, Proceedings, vol. 2, Tu 11:4-1 - Tu 11:4-11. 19. Borisenko A. Ł., Avilova N. I., Bliznjukova M. I., Smirnova T. P., Ispol zovanie otchodov koksochimičeskogo proizvodstva v sostave vodno-masljanych emulsij dlja podači v ugol nuju šichtu. Uglechimičeskij Żurnal, 2008, nr 3-4, s. 71. 20. Zawistowski J., Zagęszczanie wsadu do koksowania metodą brykietowania. Materiały Konferencyjne VIII Konferencji Naukowo-Technicznej Nowe technologie w koksownictwie, 1988, T. II, część I, s. 41. 21. Żuravskij A. A., Torjanik E. I., Kryszen I. G., Vlijanie processa briketirovanija na plotnost častično briketirovannoj šichty i kačestvo koksa. Koks i Chimija, 1999, nr 12, s. 16. 22. Guljaev V. M., Panczenko N. I., Trikilo A. I., Nowyj sposob uplotnenija ugol nych šicht kak metod sniżenija vrednych vybrosov pri koksovanii. Uglechimičeskij Żurnal, 2007, nr 3-4, s. 20. 23. Prace IChPW nie publikowane (1.3.2/81-86, 1.3.3/83-86, 1.02/87-90). 24. Dybała P., Wasilewski P., Mianowski A., Rozważania nad gęstością nasypową wsadu częściowo brykietowanego w systemie zasypowym. Koks, Smoła, Gaz, 1987, nr 10, s. 227. 25. Butkiewicz Z., Cieślar R., Dybała P., Mianowski A., Morawski R., Wanecki F., Wasilewski P. Zawistowski J., Zbrojkiewicz S., Zieliński H., Sposób wytwarzania brykietów dla celów koksowniczych. Patent polski nr 137 378, 1983 (opis patentowy opublikowany 30.06.1987 r.). Praca wykonana w ramach projektu kluczowego nr POIG.01.01.02-24-017/08 Inteligentna koksownia spełniająca wymagania najlepszej dostępnej techniki dofinansowanego z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego